Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Резонансный характер функции р+(Но) обусловлен тем, что направление вращения возбуждающего магнитного поля совпадает с направлением прецессии магнитных моментов электронов. Для левополяризованной волны направления вращения магнитного поля и прецессии электронов противоположны, поэтому резонанс невозможен и магнитная проницаемость р изменяется в зависимости от подмагничивающего поля плавно. Характерное поведение проницаемостей р+(Нь) и р (Нь) показано на рис. 6.!4, б. Устройства СВЧ с ферритами могут быть разделены на две группы. В первую группу выделяют невзаииные устройства — вентили, гираторы и циркуляторы, условные графические обозначения и идеальные матрицы рассеяния которых приведены и табл. 6.1.
ТИлиццдг Вентиль — четырехполюсник, пропускающий волну в одном направлении почти без отражения и без ослабления, но поглощающий волну, распространяющуюся в противоположном направлении. Вентили применяются для защиты генераторов СВЧ от изменений сопротивления нагрузки, для построения развязывающих цепей, в качестве элементов измерительных установок. Гиратор — невзаимный фазосдвигатель (т. е. нерегулируемый фазовращатель)„фазы коэффициентов передачи которого в прямом и обратном направлениях различаются на 180'. Гираторы применяются как базовые элементы в более сложных невзаимных устройствах. Пирнулятор †согласованн недиссипативный невзаимный многополюсннк, в котором передача мощности происходит в одном направлении с входа l на вход 2, с входа 2 на вход Л и т.
д. Чаще других применяются 6-полюсные н 6-полюсные циркуляторы, например для одновременного использования общей антенны на передачу и на прием; они используются также в параметрических усилителях, схемах сложения мопхностей генераторов и т. д. Во вторую группу ферритовых устройств выделяют управляю- и(ие устройства — фазовращатели, выключатели, коммутаторы, перестраиваемые фильтры. Изменение характеристик таких устройств производится регулированием или переключением тока в управляющих обмотках.
Существуют также ферритовые устройства с магнитной памятью, перестройка которых производится подачей одиночных импульсов тока в управляющие обмотки. Подавляющее большинство ферритовых устройств предназначено для сантиметрового диапазона длин волн. Использование феррнтов на миллиметровых волнах также возможно„однако связано с трудностями получения нужных параметров ферритовых материалов н сложностью создания сильных управляющих магнитных полей повышенной напряженности. Основными достоинствами ферритовых устройств являются возможность работы при высоких уровнях мощности и нечувствительность к кратковременным перегрузкам. Недостатки вызваны зависимостью характеристик ферритовых образцов от температуры и трудностями получения высокого быстродействия из-за инерционности управляющих магнитных систем.
4 Я.в. ИЕЕЗАИМИЫЕ И УЙРАВЛЯ$0ЩИЕ УСТРОЙСТВА С ФЕРРИТАИИ Устройства иа основе эффекта Фарадея. Эффектом Фарадея называют явление поворота плоскости поляризации линейно поляризованной волны при ее распространении в гиротропной среде. Эффект Фарадея наблюдается при совпадении направления распространения волны с направлением поля подмагннчивання. Известно, что линейно поляризованная электромагнитная волна может быть представлена суммой двух волн круговой поляризации с противоположными направлениями вращения. Для каждой из этих волн феррит представляет изотропную среду с магнитными проницаемостями р+ н и . В подмагниченном феррите волны с круговой поляризацией имеют различные коэффициенты фазы Р+ — — и УгР+ и Р =м) гР, причем И+<и и ~+(й (точка а на рис.
6.14,б). При прохождении участка феррита длиной ( фазовые набеги волн с круговой поляризацией р+( и (~ ( различны, вследствие чего линейно поляризованный вектор напряженности суммарного поля Е на выходе участка феррита окажется повернутым на угол 0= (() — ~~)(/2 по часовой стрелке, если смотреть по направлению силовых линий поля подмагничивания Нь Важно заметить, что угол поворота плоскости поляризации 6 не зависит от направления распространения волны (по вектору Нв или против него) и именно этим объясняется невзаимность эффекта Фарадея. Эффект Фарадея успешно исполь- зуют в вентилях и цнркуляторах на основе круглого или квадратного волноводов, пропускающих волны с любой поляризацией. Вентиль на эффекте Фарадея (рис.
6.15, а) состоит из отрезка круглого волновода с ферритовым стержнем 1, расположенным по оси, и внешнего соленоида 4, создающего продольное поле подмагничивания. С обеих сторон круглый волновод оканчивается плавными переходами 2 к прямоугольным волноводам. Внутри перехо- дов параллельно широким У 4 РХ стенкам входного и выходного волноводов установлена ны поглощающие пластины с'::::з — — -— 8. Выходной волновод пою вернут по отношению к входному на угол 45'. Пада! ющая волна и„, поданная на й вход 1, не испытывая ослаб- -„„ИВ- на пения в поглощающей пластине, преобразуется в волну Нп круглого волновода.
Диаметр и длина ферритового аа стержня и напряженность подмагничивающего поля выбраны так, что плоскость Рне. 6.1З. Вентнла на аффекте Фарахан в поляризации волны после круглом волноволе прохождения образца ферри- та поворачивается на 45' по часовой стрелке и прошедшая волна без потерь попадает в выходной волновод, узкие стенки которого оказываются параллельными вектору Е (рис. 6.15,б). Для уменьшения отражений концы ферритового стержня и поглощающих пластин имеют скосы. Отраженная волна ио, поступающая на вход П (рис. 6.15,в), без ослабления преобразуется в волну Нп круглого волновода.
После прохождения ферритового образца плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке на 45 (направление поворота плоскости поляризации при эффекте Фарадея не зависит от направления распространения волны и определяется только направлением поля подмагннчивания). На выходе участка с ферритом вектор Е оказывается параллельным широким стенкам волновода на входе 1 и поглощающей пластине 8. На вход 1 отраженная волна ио не проходит, и вся переносимая ею мощность рассеивается а погло щающей пластине. Таким образом, устройство в идеале обладает свойствами вентиля с матрицей рассеяния 3, приведенной в табл.
6.1. Вентиль, показанный на рис. 6.!5, может быть преобразован в 8-полюсный циркулятор. Для этого следует вместо поглощающих пластин предусмотреть дополнительные выходы мощности в виде боковых Т-ответвлеиий прямоугольных волноводов. Плоскости Н этих ответвлений должны совпадать с плоскостямн Е входного и выходного волноводов.
При реверсировании подмагничивающего поля изменяется направление поворота плоскости поляризации при эффекте Фарадея. Вследствие этого направление прямой передачи в вентиле на эффекте Фарадея н порядок циркуляции в циркуляторе изменяются на противоположные. Следовательно, переключение направления тока в соленоиде превращает вентиль и циркулятор в управляемые выключатель и коммутатор.
Важным преимуществом фер- У па рнтовых устройств с эффектом Фа- б радея является сравнительно слабое намагннчивающее поле (несколько тысяч ампер на метр в и л„а л 3-сантиметровом диапазоне волн). т К числу недостатков фарадеевскнх устройств относятся затрудненный теплоотвод от ферритового образца и некоторая громоздкость. Устройства с поперечио-подмагипчеииыми ферритамм. В прямоугольном волноводе с волной Нщ имеюгся две плоскости, параллельные узким стенкам волновода, в которых магнитное поле распространяющейся бегущей волны имеет круговую поляризацию. Действительно, составляющие магнитного поля волны Нщ записываются в виде Рис. 6Л6.
К объяснению эффекта ара щения магнитного поля а прямоуголь ном аолноноде: а — расиреаелеинн конвонентов И и и„: б — установка феррнтовоа нластииы в область вращакнкетоск вектора И Н,= г' — з)п ( — )е — гзл, Н,=Н„соз ~ — ~е — ~~, где 6=2п(Х,— коэффициент фазы. Равенство амплитуд составляющих Н„и Н, и круговое вращение вектора Н суммарного магнитного поля, вокруг направлений, параллельных оси у, получаются в продольных плоскостях при х=хо и хена — хо, где хо —— =(а/п)агс(й(1~,/(2а)1 На рнс. 6.16, а плоскости круговой поляризации вектора Н отмечены пунктирными линиями. Направления вращения вектора Н зависят от направления распространения волны в волноводе и противоположны на участках, лежащих по разные стороны от средней линии иолновода.
Если в прямоугольном волноводе на участке с вращающимся полем Н поместить продольную ферритовую пластину и создать поперечное поле подмагничивання Но (рис. 6.16 б), то феррит будет оказывать на волны в волноводе такое же влияние, какое оказывает образец изотропного магнитодиэлектрика, магнитная проницаемость которого различна для волн, распространяющихся в противоположных направлениях (см.
графики для р+ и р на рис. 6.14, б). денствует вектор Н с левым вращением относительно поля подмагничнвания и волна распространяется с небольшим затуханием. Прн прохождении отраженной волны на феррит действует правовращающийся вектор Н и волна интенсивно затухает из-за больших потерь и феррите при гиромагнитном резонансе. Существуег два ва- с) л/ рианта расположения ферритоаых пластин в резонансных вентилях. При размещении в плоскости Е (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
