Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 40
Текст из файла (страница 40)
8.13,а) . Наибольшее ослабление достигается, когда пластина оказывается расположенной в центре волновода, т. е. в максимуме электрического поля. В случае, изображенном на рис. 8ЛЗ, б, регулировка ослабления производится путем изменения глубины погружения поглощающей пластины через щель в середине широкой стенки волновода. Внешний вид одного из волноводных ножевых осла бит елей показан на рис. 8.14. Величина ослабления, получаемого с помощью описанных ножевых ослабителей, изменяется в пределах от 0 до ЗΠ— 40 дб.
Осла- 250 бители, рассчитанные на более высокое ослабление, обычно н~ делают, так как при этом снижается точность отсчета ослабления Для получения большого ослабления возможно применение дв~~ или большего числа ножевых ослабителей, расположенных од~ч, за другим. Согласование со стороны входа и выхода у хороших конструкций ножевых ослабителей остается практически неизменным во всем диапазоне регулировки ослабления и не превышает КСВ, равного 1,1 — 1,2.
Фиксированные поглощающие ослабит ели (развязни) низкого уровня мощности обычно имеют конструкцию, сходную с конструкцией ножевого ослаби- М теля, изображенного на рис. 8.13, 6. Механизм перемеще- р 8 ~4 н Рис. 8 14. Внешний вид ослабителя ния пластины в фиксирован- с двумя поглощающи. ножа ных ослабителях отсутству- передвигаемыми с помощью диэлек ет.
Ослабление фиксирован- трических стержней ~виден дрос ных развязывающих ослаби- сельный фланец) толей выбирают порядка 10 — 20 дб Согласование их удается обеспечить в полосе частоз не менее 10 — 20% от средней частоты при КСВ менее 1,02 — 1,05 б. Иредельные' ослабитела Принцип использования запредельного волновода для создания регулируемых ослабителей рассматривался в ~ 5.9.
Основными преимуществами предельных (запредельных) ослабителей являются их широкополосность и абсолютная градуировка, не требующая первичного эталона. В этом заключается существенное отличие запредельных ослабителей от поглощающих, обычно нуждающихся в градуировке при помощи других устройств~. Типичная рабочая характеристика предельного ослабителя показана на рис. 8.15.
Через Ае обозначено начальное ослабление, за пределами которого можно считать характеристику ослабителя линейной. Величина Ь, обычно бывает не менее 10 — 15 дб. Причинами искривления характеристик предельных ослабителей в начальном участке являются реакция нагрузки при сильной связи * От этого недостатка свободен абсолютный ослабитель с поворотной поглощающей пластиной в круглом волноводе, возбужденном на волне типа Нц ~13~. 0 Перемтцение быхИнеге уппрейспИа в. Прочие типы ослабителей Создание взаимных ослабителей высокого уровня мощности, особенно регулируемых поглощающих ослабителей, наталкивается на ряд трудностей.
Основным затруднением является разработка передвижного поглощающего элемента, способного рассеять большую мощность, поэтому широкого применения такие ослабители не нашли. К счастью, необходимость регулирования большой мощности возникает сравнительно редко. Развязывоющие поглощающие ослабители на высокой мощности обычно даже нежелательны, поскольку для мощных систем вопрос коэффициента полезного действия играет первостепенную роль. Исключение составляют однонаправленные развязывающие ослабители на ферритах (вентили), рассматриваемые ниже. При работе па высоком уровне мощности иногда возникает необходимость регулирования небольшой части высокочастотной мощности, ответвляемой из основного волновода во вспомогательный волновод или в коаксиальную линию. Такое ответвление возможно, например, с помощью отрезка запредельного волновода с зондом, изображенного на рис.
8Л6, а. В качестве нерегулируемого элемента связи можно использовать небольшое отверстие в стенке основного волновода, как показано на рис. 8.16, б. Ослабление высокочастотного сигнала в обоих случаях достигается без поглощения высокочастотной мощности. Подобные ослабляющие устройства иногда применяются и при низком уровне мощности в измерительных установках СНЧ. между входом и выходом, а также наличие других типов волн вблизи возбуждающего устройства. Существование большого начального ослабления, в отличие от поглощающих ослабителей, часто затрудняет применение предельных ослабителей.
Характерной осооенностью ослабителей предельного типа является резкое ра=согласование их как по входу, так и по выходу. т. е. наличие почти чисто реактивного дб ~. входного сопротивления. В связи с зтич предельные ослабители иногда используются совместо с фиксированными поглощающими ослабителями. Поглощающий ослабитель включается как развязка между предельным ослабителем и генератором и обеспечивает работу последнего на почти полностью согласованную нагрузку.
Суммарное начальное ослабление в этом случае повышается и достигает величиРис. 8 15. Типичная ны порядка 20 — 25 дб. РабочаЯ хаРактеРис- Предельные ослабители находят в натика предельного ослабителя стоящее время лишь ограниченное применение в сравнении с ослабителями поглощающего типа. Особенно полезно использование предельных ослабителей в тех случаях, когда требуется точная регулировка мощности в весьма широких пределах, доходящих до 80 — 100 дб и более.
Ослабители, изображеыные на рис. 8Л6, обладают свойствами простого одиночного электрического или магнитного зонда, сходного, например, с зондом измерительной линии. Величина ответвляемой мощности зависит в общем случае не только от конструкции ответвляющего элемента, но и от величины КСВ и от фазы стоячей волыы в основной линии. Таким обра- зом, величина переходного ослабления, т.
е. отношение мощности, посту- пающей в основную нагрузку, к ответвляемой мощности, является одно- значной только при идеальном согласовании основыого тракта. Этот вопрос рассматривается более подробно в $ 8.9 в связи с проблемой направленных ответвителей. ~ дб/ХОд Зондовые ответвители применяются главным образом в случаях, когда не требуется точ- /$ углей но знать величину ослабления ~ап~сйлбный сигнала. Так бывает, например, и при включении волномера или другого индикаторного устройства. Однако и в этом случае бо-с~ лее хорошие результаты дости- с Ъс гаются с помощью направленных а~ ответвителей, рассматриваемых в ~ 8.8 и 8.9. В заключение раздела, по+'"' священного взаимным аттенюаторам, следует упомянуть о двух '~0 устройствах, использующих свойства электронно-ионной плазмы дд и полупроводников.
Располагая поперек волновода полупроводниковый диод или создавая в вол- '~ + -с~ новоде тлеющий или дуговой разряд на постоянном токе, мож- 4 но в широких пределах управлять величиной проходящей СВЧ мощности. Ослаблеыие СВЧ сигнала изменяется в зависимости от величины постоянного тока, проходящего через полупроводниковый диод или через разрядный промежуток. Подобыые устройства могут использоваться не только как регулируе- мые ослабители, но и как малоинерционные модуляторы СВЧ колебаний, а также как управляемые извне переключатели. Недостатком полупровод- никового ослабителя, модулятора и переключателя является ограниченная велпчина допустимой СВЧ мощности. Применение р-~-п диодов, однако, уже позволило коммутировать мощности порядка нескольких киловатт в сантиметровом диапазоне волн.
Газоразрядные коммутаторы позволяют работать с более высокими мощностями, но обладают большей инерцион- ностью ввиду существования конечного времени восстановления разрядно- го промежутка. Отмеченные недостатки не являются непреодолимыми. Газоразрядыые и в особенности полупроводниковые ослабители, переключатели и модуля- торы смогут найти в будущем более широкое практическое применение. Особый интерес представляет применение ферритов, позволяющих со- здавать невзаимные ослабители и другие пассивные устройства, играющие важную роль в современной технике СВЧ. Эти вопросы заслуживают от- дельного рассмотрения.
Рис. 8Л6. Непоглощающие ослабители, использующие запредельный волыовод (а) и связь через отверстие в стенке волновода (б) 5 8.5. ФЕРРИТОВЫЕ НЕВЗАИМНЫЕ ОСЛАБИТЕЛИ (ВЕНТИЛИ) Большой интерес с физической и практической точек зрения представляют ослабители, в которых используются ферриты — материалы, обладающие магнитной анизотропией. ферриты представляют собой сложные твердые растворы с кристаллической структурой, получаемые спеканием окиси железа с окислами никеля, цинка, магния, марганца, хрома, меди и др. Химический состав ферритов может быть описан формулой М+20 ° Ре~Оз, где М~' — соответствующий металлический двухвалентный ион. Обычно в ферритах используются парные или тройные сочетания металлов, например, никель и цинк или марганец, магний и никель. По внешним признакам ферриты имеют сходство г керамикой и обладают большой твердостью.
Удельное сопротивление феррптов очень велико* и доходит до 107 — 10~ ол м при довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости — порядка 10 — 15. Большинство ферритов являются магнитномягкими материалами. Начальная магнитная проницаемость СВЧ ферритов в слабых низкочастотных полях составляет приблизительно от 1О до 100. На сверхвысоких частотах при отсутствии постоянно~о магнитного поля начальная проницаемость лишь незначительно отличается от единицы. Ценным свойством ферритов является весьма малая величина диэлектрических СВЧ потерь (ф~б=10 4), '.Гаким образом, ферриты являются хорошими диэлектриками, но, как будет показано дальше, обладают вместе с тем важными ферромагнитными свойствами.
Анизотропные свойства ферритов проявляются при наложении постоянного магнитного поля. Волновод или другая передающая линия, содержащая феррит, обладает несколькими замечательнымп особенностями, в том числе: необратимыми или невзаимными (не подчиняющпмпся прпнципу взаимности) резонансными потерями; невзаичным вращением плоскости поляризации волны; невзаимным фазовым сдвигом; невзаимным изменением (смещением) структуры поля. Долгое время считалось, что все пассивные электрические цепи безоговорочно следуют принципу взаимности. С появлением ферритов в конце 40-х годов был открыт большой класс устройств, не удовлетворяющих этому условию. Рассмотрим некоторые физические и технические вопросы, связанные с применением ферри= тов в ослабителях СВЧ диапазона.
' Для сравнения напомним, что удельное сопротивление чистого железа составляет 110-" ом м. и. Ферромагнитный резонанс Поведение ферритов на сверхвысоких частотах в присутствии внешнего постоянного во времени магнитного поля может быгь Рассмотрено с учетом спина и собственного магнитного момента электрона. При наложении внешнего магнитного поля, не совпадающего с направлением магнитного момента электрона, последний совершает свободную процессию подобно гироскопу с угловой м.~~тотой ьо, описываемой в системе единиц СИ уравнением О'о — К (8.5) здесь Ло — напряженность действующего постоянного магнитного поля~; я — фактор спектроскопического расщепления (коэффициент Ланде), равный 2 для электронного спина. Если выраз~ить частоту ~о = во/2я в мегагерцах и напряженность магнитного поля Н, в эрстедах, то после подстановки в выражение (8.5) величин заряда и массы электрона е и т можно получить чо —= 2,80, (8.5, а) Направление прецессии зависит только от направления постоянного магнитного поля и происходит по часовой стрелке, если смотреть в направлении вектора Но (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
