P3 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 2

5 1). В случае перемеикого поля линейной поляризации также будет наблюдаться резонанс, поскольку на основе принципа суперпозиция, оно получается из двух полей круговой поляризации с противоположным направлением врашения На волнах метрового и цециметрового диапазонов происходит перекрытие двух кривых от доменного и ферромагнитного резонансов (рис. 6.2), вследствие чего в широкой области значений подмагнячиваюшего поля потери велики. На более коротких волнах начальные потери при малых значениях Хр малы, а кривая ферромагняхногэ резонанса отодвигается в сторону больших значений подматничив1юшего поля, поэтому на сверхвысоких частотах имеется область значений Хд, в которой потери невелики.

Пово от плоскости пол изации алек омагиитной волны- эффект фарадея Такой эффект — поворот плоскости поляризации .инейно поляризованной волны, возникает прн распространении волны в форрите вдоль псдмагничиваюшего поля Это явление объясняется различием скалярной зчпштной проницаемости феррита для двух парциальных волн с противоположной круговой поляризацией.

В сумме эти две волны составляют лннечно поляризованную волну. Как следует ю графиков рис. 5.1, при малых нодмагяичиваюших полях (область А) магнитная проницаемость ферркта (Ж+ дпя волны с правым направлением врашения / / меньше магнитной проницаемости уы для волны с левым направлением врашения, и поэтому фазовые коэффициенты этих волн также различны, т е Й < Ф . Отсюда следует, что при распространении линейно поляризованной волны в продольно намагниченном феррите ее плоскость поляризации будет поворачи- Э ваться, так как у парпиальных волн с правым и левым направпеиием вращения фазовая скорость разпичиа. С учетом сказаняогс~ есаи смотреть вдоль подмагничиваюшего поля, то поворот плоскости попярнзапии воины происходит всегда вправо (по часовой стрелке) вне зависимости от прямого или обратного движения волны, поэтому эффект фарадея относится к иевзаимным эффектам. Темпе а К и.

При нагревании феррита до так называемой точки ипи течпературы Кюри его яамагниченность исчезает и он приобретает свойства перамагнетиков, магнитная восприимчивость которых во много раз меньше, чем у ферромагнетнков. Намагниченность разпичных марок ферритов иоо чезает в интервале температур 100-600 С ПРИНЦИП ПЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ С фЕРРИТАМИ и ы в нт ь. В резонансном вентиле различное затухание обусловлено ферромагнитным резонансом.

возникаюшим в подмагииченном феррвтэ при правом врашении высокочастотного магнитного попа Поэтому для возникновения такого эффекта волна в вентнпе должна иметь две ортогональяых составляюших магнитного поля в пространстве и во времени. Эти о составпяюшие должны иметь сдвиг э 90 Можно убедиться, что при распространении водны Я„, в прямоугольном вопноводе шириной и высокочастотное магяитное поде в сечениях. отсгояюших на х;= 0,23сз от узких стенок (есдя Я = 1,4 д ), имея е круговую поляризаиию. При больше ипи меньше з~ имеет место эллиптическая поляризация магнитного поля.

У давай н обратной волн направления врашения магнитного пола в си~их и тех же точках противоположны. Поэтому. если в сечении ш поместить ферритовую пластину и создать постоянное подмагянчиваюшее поле, перпендикулярное широким стенкам вопновода (поперечное подмагничиваню), то волна, распространяюшаяся в велтшче в прямом направлении, педиатра иметь левое врашекие высокочастотного магнитного поля (если смотреть а направпеннн подмагничиваюшего поля); в этом случае она будет испытывать небольшое ослабление, а обратная волна с правым врашеннем — бопее силь- 10 Е, ное В резонансных вентилях используется область В на кривой магнитной проницаемости феррита (см.рис. 5.1).

На рис. 5.3 показаны поперечные сечения двух вариантов конструкции Я волноводных резонансных вентилей В первом вари- Я й анте пластина феррита 1 расположена в плоскости я и вектора Ь' (рис. 5.3,а), во втором варианте— а] б) в плоскости вектора Н (рис. 5.3,б): Второму Рис. 5.3 варианту присуши меньшие потери, более удобная конструкция крепления феррнта и его лучшее охлаждение, что обеспечивает работу вентиля на больших уровнях мошности Недостатком второго варианта конструкции является повышенная величина подмагничиваюшего поля вследствие малой толшины феррнтовых пластин относительно всего зазора между полюсами магнита.для улучшения работы рассматриваемого вентиля в его конструкции усганавпнвается диэлектрическая пластина 2.

У резонансных волноводных вентилей трехсантиметрового диапазсжа волн обратное затухание составляет 15+ 23 дБ, прямое затухание -0,4 ь 0,7 дБ, Мд~= 1,05 е 1,2. Вентидь на 'смешении поля" В этом типе вентнпей используется различие в структуре попей прямой и '-о обратной волк. На рис. 5.4 показано строение вентиля в поперечном сеченни и распределение вертикальной составляюшей электрического поля Е„- для прямой волны и Е„- для обрат- 2 ной.

со Различие в структуре попей обусловлено тем, что магнитная прони- Рно. 5.4 цаемость пластины феррита 1 для примой и обратной вопи неодинакова, поскольку феррит в вентилях такого типа располагают в области, где поляризация магнитного поля близка к круговой. Вопедствие этого происходит перераспределение энергии поля между областью, занятой ферритом, и окружаюшеа ее средой. 11 В месте расположения поглошаюшей пленки 2 находится максимум электрического поля обратной волны и минимум поля прамой.

Поэтому затухание для обратной волны максимально, а для прямой — мало Основное достоинство вентилей на "смешении поля" по сравнению с резонансными заключается в том, что у первых магниты, создаюшие поперечное намагничивание, не так громоздки, поскольку используемое подмагничиваюшее поле меньше резонансного и находится в области Б кривых намагничивания (см.рис. 5.1), а его величина не очень критична. Пол изапионный вентиль Принпип работы поляриэапионного вентиля основан на эффекте фарадея, его конструктивная схема аналогична устройству и работе пиркулятора того же типа Различие между ними в том, что у вентиля плечи Ш и 1У (рис.

5.5) отсутствуют или в них находятся поглошаюшие нагрузки. Вентили этого типа используют сейчас только в миллиметровом диапазоне волн, где прямое затухание составляет величину около 1 дБ, развязка около 20 дБ и л 4 1,2 в полосе частот порядка 500 мГд Рис 55 В ф С р Р Й привело к разработке так называемых вентнпей-фланцев. По своей конструкции и приншшу действия они больше всего напоминают волноводный У- циркулятор В отличие от циркуля- тора, все ппечи которого — прямоугольные вопноводы нормального поперечного сечения, развернутые в одной плоскости друг о относительно друга на 120, одно ппечо у вентиля-фланца выполнено в виде вопновода малого сечения, заполненного диэлектриком с высокими диэлектрической проннцаемостью и тангенсом угла потерь; входной и выходной вошоводы являются продолжением один другого.

Внешне такой вентиль выглядит как волноводный фланец несколько увеличенной толшины, за что и получил свое название В качестве диэлектрика, заполнщошего третий волновод, применяется хороший погпотитель СВЧ-энергии, например, ферроэпоксид ипи карбокерамика. Вентнпь-фланец является узкополосным устройством.

Как правило, эти вентили имеют потери менее 0,5 дБ, обратное затухание более 20 дБ и К~ в пределах 1,2 в полосе частот около 100-200 мй~. П ~рк)~литеры Пол изациснный ц к лято . Принцип работы этого устрой- ства основан на эффекте Фарадея Основной конструкции попяри- зационного циркупятора являетсн круглый волновод 1 (рис. 5.5) с ферритовым стержнем 2, расположенным вдоль оси волновода, и обмоткой 3, создаюшей продольное подмагничиваюшее поле. Пиркулятор работает в области А - малых значений Ка (см. рис. 5.1).

С обоих торцев круглый волновод переходит в прямоуголь- ные волноводы 1 и П, широкие стенки которых повернуты друг о относительно друга на 45 В переходном конусе 4 волна при перехода иэ прямоугольного волновода в круглый преобра- зуется в волну Я' и наоборот Кроме того, с круглым волно- водом перпендикулярно его оси стыкуются еше два прямоуголь- ных волновода Ш и 1У, шнрокив стенки которых ориентированы в направлении продольной оси устройства Продольная ось волно- вода Ш направлена перпендикулярно широкой. стенке волновода 1, а ось волновода 1У вЂ” перпендикулярно широкой стенке волново- да П, 13 Диаметр ферритового стержня подбирается из условия, что- бы в круглом волноводе распространялась бы только волна Щ и не распространялись бы волны высших типов Длина стержня и величина подмагничиваюшего поля подбираются из условия о поворота плоскости поляризации волны 7~~ на 45 при ее рас- пространении на участке волновода с ферритом При подаче энергии СВЧ, например, в плечо 1 и ее рас- пространении в этом прямоугольном волноводе в виде волны Л~д, она затем преобразуется и распространяется в круглом волноводе как волна л' Волна л возбуждает в волноводе Ш волну Е ~ , которая находятся в закритическом режиме, и, следовательйо, энергия через плечо Ш наружу не выходит На отрезке круглого волновода с фе~ритом плоскость поляризации волны Я поворачивается на 45 (эффект фарадея), проходит мимо волйовода Г~ ( поскольку условия его возбуждения такие же, как у волновода Ш) и, преобразовавшись в прямоугольном волноводе в волну К выходит нэ плеча П, При подаче сигнала в плечо П волна Я в круглом волно- воде проходит мимо волновода Я' и на участке с ферритом ее о плоскость поляриэации поворачивается на 45 в ту же самую сторону, что и в предыдушем случае (эффект фарадея - явле- ние невзавмное) В этом случае ориентация плоскости волны Я в области волноводов 1 и Ш такова, что в волноводе 1 возбуждается волна Я~~ в захритическом режиме, а в волно- воде Ш вЂ” рабочая волна Я .

Таким образом, можно убедить- ся, что порядок передачи эйергии СВЧ от плеча к плечу в рас- сматриваемом цтркуляторе следуюший: 1 П ° Ш 1У ° 1. фазовый ц к лято . В фазовом циркуляторе используются волноводно-шелевые мосты или двойные Т-мосты (обыкновен- ные, но чаше модернизированные). Поэтому изучение фазовых циркуляторов целесообразно начать с краткого пояснения прин- ципа работы мостов Волноводно-шелевой Я -плоскостной мост (рис 3.6) пред- ставляет собой дна прямоугольных волновода с обшей узкой стенкой.