Разработка узкополосных циркуляторов высокого уровня мощности с полосковыми выводами для поверхностного монтажа
ВВЕДЕНИЕ
Современные антенно-фидерные устройства и СВЧ аппаратура зачастую содержат в своем составе ферритовые развязывающие приборы. В частности, одним из наиболее важных и часто применяемых в СВЧ технике приборов является ферритовый циркулятор. Циркулятор - многоплечевое (многополюсное) устройство для направленной передачи энергии электромагнитных колебаний: энергия, подведённая к одному из плеч, передаётся в другое плечо в соответствии с порядком их чередования. В настоящее время существует много разновидностей таких приборов. Одним из перспективных направлений является разработка циркуляторов встраиваемого типа.
Разрабатываемые в данной работе ферритовые циркуляторы представляют из себя ряд типовых развязывающих приборов – узкополосных циркуляторов высокого уровня мощности в конструктивном исполнении для поверхностного монтажа с полосковыми выводами.
Такие изделия, с размещённой в третьем плече внешней согласованной нагрузкой, могут применяться в качестве защитных элемент
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 ФЕРРИТЫ, СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, СВОЙСТВА И ЦИРКУЛЯТОРЫ НА ИХ ОСНОВЕ 6
1.1 Ферриты, природа ферримагнетизма 6
1.2 Физические явления в ферритах в постоянном магнитном поле 11
1.3 Физические явления в ферритах в диапазоне СВЧ 17
1.4 Ферритовые циркуляторы 28
ГЛАВА 2 РАСЧЕТ ПОЛОСКОВОГО Y-ЦИРКУЛЯТОРА 32
2.1 Технические требования к разрабатываемым приборам 32
2.2 Конструкция полоскового Y-циркулятора 33
2.3 Выбор марки и размеров феррита 36
2.4 Расчет полоскового разветвления с реактивными элементами 42
2.5 Компьютерное моделирование 47
2.5.1 Электродинамическое моделирование 47
2.5.2 Моделирование магнитной системы 55
2.5.3 Моделирование тепловых характеристик 59
ГЛАВА 3 МАКЕТИРОВАНИЕ 66
3.1 Конструкция разработанных изделий.66
3.2 Технология сборки и настройки 69
3.3 Измерительная схема 74
3.4 Полученные результаты.77
ГЛАВА 4 КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР 84
4.1 Описание разработки 84
4.2 Анализ рынков. Сравнение с аналогами 84
4.3 SWOT анализ 87
4.4 Расчет затрат на разработку 89
4.5 Расчет себестоимости производства. Рентабельность 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Смит Я. Ферриты / Я. Смит, Х. Вейн – Москва: Издательство иностранной литературы, 1962. – 504 с.
Насыров И. А. Распространение электромагнитных волн в анизотропных гиромагнитных средах / И.А. Насыров, Д. А. Когогин, И. В. Лунёв – Казань: Казанский федеральный университет, 2021. – 58 с.
Valenzuela R. Novel Applications of Ferrites / R. Valenzuela – Hindawi Publishing Corporation Physics Research International Volume 2012, Article ID 591839, 9 pages.Малков Н. А. Гиротропные среды в технике СВЧ / Н. А. Малков – Тамбов: Издательство Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. – 104 с.
Костин В. Н. Магнитные методы структуроскопии и дефектоскопии ферромагнитных изделий / В. Н. Костин – Екатеринбург: Издательство ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ, 2007. – 95 с.
Устинов А. Ферритовые материал для устройств СВЧ-электроники. Основные критерии выбора / А. Устинов, В. Кочемасов, Е. Хасьянова – Электроника: Наука, Технология, Бизнес. СВЧ-Электроника. – 20015. – № 8. – С. 86-92.
Вамберский М. В. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ / М. В. Вемберский, В. П. Абрамов, В. И. Казанцев. – Москва: Радио и связь, 1983. – 136 с.
Вамберский М. В. Передающие устройства СВЧ / М. В. Вемберский, В. И. Казанцев, C. А. Шелухин. – Москва: Высшая школа, 1984. – 445 сПроектирование полосковых приборов СВЧ. Учебное пособие. Министерство образования Российской Федерации – Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2001. – 129с.
Малков Н. А. Устройства сверхвысоких частот / Н. А. Малков, А. П. Пудовкин – Тамбов: Издательство Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. – 92 с.
Абрамов В.П. Невзаимные устройства на ферритовых резонаторах / В. П. Абрамов, В. А. Дмитриев, С. А. Шелухин – Москва: Радио и связь, 1989. – 200 с.
Гуров С. М. Инжекционная система для сибирского кольцевого источника фотонов / С. М Гуров, В. Н. Волковa, К. В. Золотаревa [и др.] – Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2020. – № 7. – С. 3-7
2.1. Технические требования к разрабатываемым приборам
Требуется разработать полосковые узкополосные циркуляторы высокого уровня мощности на разные частотные диапазоны, удовлетворяющие техническим характеристикам, приведенным в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Технические требования к приборам.
Прибор ФПЦВ3-28 ФПЦВ3-29 ФПЦВ3-30
Диапазон рабочих частот, МГц 352-362 530-540 1064-1078
Прямые потери между плечами 1-2, не более, дБ 0.2 0.2 0.2
Развязки между плечами 21, не менее, дБ 25 24 24
КСВН плеча 1, не более 1.1 1.1 1.1
Входная мощность, непрерывная, ВТ700 350 500
Фазовая стабильность, ±φ 5˚ 5˚ 5˚
Рабочая температура, ˚С0…+50 0…+50 0…+50
Требования к габаритам, мм51.5х 51.5х16.5 51.5х51.5х16.5 38х38х19
Наименования приборов согласно ГОСТ Р 57391-2017 на приборы ферритовые (ПФ) СВЧ: буква Ф, определяет принадлежность прибора к группе ПФ СВЧ; буква П (полосковый), обозначает конструктивнотехнологическое исполне