Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 39
Текст из файла (страница 39)
$ 6.9. ФеРРитОВые ФлзОВРлщлтели Феррнтовые фазоврашатели СВЧ успешно конкурируют с фазовращателями на р4-и-диодах и на сантиметровых волнах позволяют управлять более высокими мошностями, хотя и обладают несколько меньшим быстродействием. Простейший фазовращатель на прямоугольном волноводе с продольно-намагииченным феррнтом (так называемый фазовращатель Реджиа — Спенсера) представляет собой ферритовый стержень 1, расположенный на оси прямоугольного волновода и намагничиваемый в продольном направлении обмоткой 2, расположенной снаружи (рис. 6.22). Волновод с ферритом является запредельным для волны с вектором Е, параллельным широким стенкам, и вследствие этого эффект Фарадея не проявляется. Управляющее магнитное поле изменяет магнитную проницаемость феррнта и коэффициент фазы основной волны в волноводе с ферритом.
Фазовращатель Реджиа — Спенсера взаимный и может быть создан на любую рабочую частоту в диапазоне 8 — 70 ГГц. Его достоинством являются простота и возможность регулировки фазы в пределах 0 †3' при сравнительно слабых управляющих магнитных полях и вносимом ослаблении мощности СВЧ 0,5 — 1,0 дБ. Однако фазовращатель пригоден для использования в сравнительно узкой полосе частот при уровнях средней мощности не более 0,5 кВт. Более распространены ферритовые фазовращатели с поперечным полем подмагниыиваиия, В них используются существование в волноводах областей с вращающимся вектором Н и зависимости магнитных пРониЦаемостей феРРитов Ре и н от напРЯженности подмагннчивающего поля.
Поэтому вместо постоянных магнитов в фазовращателях применяются электромагниты. Фазовращатели с 'Ф Рис. 6.23. Нолноводный (а) и иоаисиальиый (б) невааинные ферритовые фааовращатели с поперечным подыагннчн- ваниен Рис. 6.22. Ферритовый фааовращатель Редиса а — Спенсера поперечным полем подмагничивания невзаимнае, так как направление вращения вектора Н в области ферритовых вставок оказывается различным для волн, распространяющихся в противоположных направлениях. В фазовращателе на прямоугольном волноводе для увеличения фазового сдвига и уменьшения общей длины обычно используюг две ферритовые пластины 1, расположенные по обе стороны от средней плоскости волновода, намагничиваемые в противоположных направлениях (рис.
6.23, а). Возможен коаксиальный вариант фазовращателя, где вращающееся поле Н в ферритовых образцах обеспечивается частичным заполнением диэлектриком 2 поперечного сечения линии передачи (рис. 6.23, б). Общим недостатком фазовращателей с плавным изменением фазы (аналоговых фазовращателей) является необходимость непрерывной подачи тока в управляющие обмотки. Этот недостаток устранен в дискретных фазовращателях на ферритах с прямоугольной петлей гистерезиса, Такие ферриты, будучи намагниченными, сохраняют это состояние неограниченно долго и требуют затрат энергии на управление лишь при перемагннчиванин. При реализации управляемых устройств на ферритах с прямоугольной петлей гистерезиса необходимо обеспечивать замыкание управляющего магнитного потока внутри феррита.
Наиболее распространенный волноводный фазовращатель на ферритах с прямоугольной петлей гистерезнса, называемый гороидальиоьм фазовращагелелс, показан на рис. 6.24.. Он состоит из нескольких двухпозиционных секций, обеспечивающих бинарный набор фазовых состояний и управляемых переключением направлений максимальной намагниченности феррнта.
Три секции, обла- ! Т,г Рнс. й.й4. Дискретный тороняааьный Пннарный фааонращатеаь с магнитной понятью дающие переключаемыми фазовыми сдвигами 180, 90 и 45', позволяют перекрыть интервал изменения фазы 0 — 360' с дискретом 45'. Феррнтовые вставки 1 имеют форму прямоугольных тороидов, перемагннчиваемых пропусканием импульсов тока в противоположных направлениях через проводники 3, пропущенные внутри тороидов. Тороидальный фазовращатель невзанмный, принцип его действия аналогичен принципу действия фазовращателя с поперечнонамагниченными пластинками феррита.
На концах тороидального фазовращателя устанавливают согласующие диэлектрические вставки 2. Тороидальные фазовращатели имеют время переключения 0,5 — 2,0 мкс. В полосе частот +-5оь торондальные фазовращатели с полным перекрытием фазы 0 — 360' имеют уровень вносимого ослабления 0,8 — 1,2 дБ н характеризуются входным КСВ не более 1,2 во всех фазовых состояниях. Допустимый уровень средней мощности колебаний СВЧ может достигать 0,2 — 0,4 кВт, а энергия, требуемая для перевода фазовращателя из одного состояния в другое, составляет 3.10-' — 3 10-а Дж. й Гь10.
ПЕРЕСТРЛИВЛЕМЫЕ ФЕРРИТОВЫЕ ФИЛЬТРЫ Принцип действия перестраиваемых фильтров основан на явлении ферромагнитного резонанса в монокристаллах феррита. Главным элементом перестранваемого фильтра является связанный с электромагнитным полем линии передачи ферритовый резонатор — подмагниченный образец феррита СВЧ, обладающего малой шириной линии гиромагннтного резонанса. Ферритовые резонато- ры выполняют обычно в виде хорошо отполированных сфер из монокрнсталлов железоиттрыевого граната. Такие резонаторы обладают собственной добротностью (2 —;3) 10з. В ннх используют резонанс правовинтового прецессионного движения спиновых магнитных моментов злектронов. Резонансная частота ферритового резонатора определяется соотношением /е=ухНе, где Не — напряженность поля подмагничивания, у=3,5-10- МГц/(А/м). Резо- .хт зиад дхад ~~~к, ~~~Н, и ! дтгд и ~ дзига ! дхад = = «ад Ма ганн Рнс. ойдо. Перестранзаеыые фнаьтры на феррнтоных резонаторах нансная частота не зависит от размеров ферритового образца, и резонатор может быть сделан очень малым.
Внешняя добротность ферритового резонатора определяется его размерами и местом расположения относительно линии передачи, с которой он связан. На частотах в стороне от резонанса ферритовый резонатор ведет себя как изотропный магнитодиэлектрический образец н из-за малых размеров незначительно влияет на режим линии передачи. Лишь в узкой полосе частот вблизи резонанса связь ферритового резонатора с линией передачи резко увеличивается и появляются компоненты злектромагнитного поля, отсутствующие в первоначальной структуре волны линии передачи. Именно это явление и используется для создания перестраиваемых фильтров СВЧ.
На рис. 6.25 показаны три однорезонаторных ферритовых фильтра. Фильтр на индуктивных петлях (рис. 6.25, а) представляет собой ферритовую сферу, помещенную в центре двух перекрещивающихся рамок, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Магнитные поля зтих рамок взаимно ортогональны и передача сигналов между рамкамн отсутствует. Прн гиромагнитном резонансе намагниченной ферритовой сферы под воздействием на нее магнитного поля первой рамки Н „появляется составляющая магнитной индукции В„„, возбуждающая вторую рамку, и сигнал проходит на выход фильтра.
В фильтре на прямоугольных волноводах (рис. 6.25, б) два соосных волновода развернуты один относительно другого на 90' н имеют отверстие в общей торцевой стенке. В центре отверстия располагается подмагннчиваемая ферритовая сфера На частотах в стороне от резонанса волноводы развязаны из-за ортогональности поляризаций их основных волн. При гиромагннтном резонансе между волиоводами возникает связь вследствие появления недиагональных компонентов тензора магнитной проницаемости феррита и сигнал СВЧ проходит из одного волновода в другой. В фильтре на несимметричных полосковых линиях передачи (рис. 6.25, в) две перекрещивающиеся линии при отсутствии гиромагнитного резонанса практически развязаны между собой, поскольку связи через магнитное поле нет, а электрическое поле в месте пЕресечения линий минимально, так как точка пересечения расположена на расстоянии К,/4 от разомкнутых концов полосковых линий.
В точке пересечения между проводниками полосковых линий помещена феррнтовая сфера, намагничнваемая управляющим полем, перпендикулярным плоскости основания полосковой платы. При гиромагнитном резонансе появляется составляющая поля магнитной индукции, продольная возбуждающей линии передачи, что приводит к возникновению сильной связи между полосковыми линиями. Частотные характеристики коэффициентов передачи рассмотренных фильтров носят ярко выраженный резонансный характер, причем резонансные частоты могут быть изменены в значительных пределах при регулировании поля подмагничивания.
Для улучшения формы частотной характеристики в фильтрах может быть использовано несколько близко расположенных ферритовых резонаторов со специально подобранной степенью взаимной связи между ними. ЧАСТЬ ВТОРАЯ АНТЕННЫ 3'авва у ВлекхРОКАГннтнОе пОле Н ХАРАКТЕРНО ГИКИ АНТЕНН й тд.
ИАзндчение и клАссиФикАция Антенн Антенны относятся к пассивным компонентам радиосистем, и в конструктивном отношении они представляют сочетание проводников и магннтодиэлектриков. Наряду с выполнением основных функций излучения н приема радиоволн современные антенны выполняют важнейшие функции пространственной фильтрации радиосигналов, обеспечивая направленность действия радиосистем и осуществляя Пеленгацию источников радиоизлучения и радиолокационных целей. Качество функционирования антенн описывается рядом радиотехнических, конструктивных, эксплуатационных и экономических характеристик и параметров.
Конструктивное выполнение антенн и достижимые значения параметров существенно зависят от диапазона применяемых радиоволн. Различают антенны длинных и средних волн, коротковолновые антенны, антенны УКВ, диапазона СВЧ н антенны оптических волн. В данной книге основное внимание будет уделено антеннам диапазона СВЧ (ЗОО МГц — ЗОО ГГц), в котором функционирует подавляющее большинство радиолокационных систем, систем наземной и космической радиосвязи, радионавигации, радиотелеметрии н телевидения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
