Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Так при 1=1 см по не~нию (8.5,а) требуется действующее магнитное поле Но около 10 тысяч эрстедов. Более слабые поля требуются для рассматриваемого ниже другого типа ферритового вентиля, использующего эффект Фарадея. в. Фарадеевский вентиль в круглом волноводе Эффект Фарадея давно известен в оптике и сводится к вращению плоскости поляризации световой волны, проходящей через диэлектрик в присутствии постоянного магнитного поля, ориентированного в направлении распространения волны. Рассмотрим проявление этого эффекта в диапазоне СВЧ на примере круглого волновода, возбужденного .г на волне типа Н11. рерраш Расположим вдоль оси волнов ода тонкий круглый стержень из феррита, намагниченный в продольном направлении постоянным магнитным полем а) Но, как показано на рис.8.22, а.
Будем считать, что присутствие стержня вызывает лишь возму- У щение поля рассматриваемой Ф волны. Напряженность постоянного магнитного поля Нр выберем значительно ниже резонансной величины 8"Орез Активными потерями в феррите б) в этом случае можно прене- бречь. Рис.
8.22. К эффекту Фарадея в Линейно „поляризованную круглом волноводе при волне волну типа Н11 можно мыслентипа Нц но разложить на две волны с круговой поляризацией. В отсутствие феррита при идеальной симметрии волновода обе указанные волны распространяются с одинаковыми фазовыми скоростями и в сумме в любом сечении дают волну с неизменным положением плоскости поляризации. Но магнитная проницаемость феррита имеет различную величину р+ и р для правого и левого вращений поля. Соответственно этому различными оказываются и фазовые скорости каждой из волн. В результате плоскость поляризации реальной волны Н11 не остается неизменной, а постепенно поворачивается по мере движения вдоль волновода (см.
рис. 8.22, б, в) . Следует отметить тот факт, что направление вращения плоскости поляризации не зависит от направления движения энергии по волноводу. В самом деле, относительное расположение векторов Но и Н в области, где находится феррит, не меняется при перемене мест генератора и нагрузки. Угол поворота 9 пропорционален длине ферритового стержня. Поэтому волна, идущая в обратном направлении и имеющая начальную поляризацию, показан- 260 ную на рис.
8.22, в, не возвращаетсякполяризации, изображенной на рис. 8.22, б, а дополнительно поворачивается по часовой стрелке на такой же угол, равный 0. Зто снова подтверждает невзаимный характер процессов в системах СВЧ, содержащих феррит. г з Рис. 8.23. Схема устройства ферритового вентиля, использующего эффект Фарадея в круглом волноводе при волне типа Н11 1 — круглый волновод; 2 — ферритовый стержень; 3 — поглощающая пластина На рис. 8.23 схематически изображен вентиль, использующий описанный эффект. На входе вентиля расположена ножевидная поглощающая пластина, подобная рассмотренным поглотителям в ослабителях низкого уровня мощности. Тогда, если в волноводе 1А Уаглаи~аю пласли Рис.
8.24. К объяснению механизма действия фарадеевского вентиля. Через АА обозначена плоскость поляриза- ции волны типа Нц возбуждена волна типа Н11 с поляризацией, показанной на рис. 8.24, а, поглощающая пластина не создает потерь для волны, поступающей со стороны входа ослабит еля. В результате существования эффекта Фарадея плоскость поляризации волны на выходе ослабителя поворачивается на угол как было показано выше на рис.
8.22. Длина ферритового стержня в данном случае подбирается таким образом, чтобы угол 0 составлял 45' (рис. 8.24, б). Тогда плоскость поляризации волны, отраженной от нагрузки, поворачивается в ту же сторону еще на 45'. В результате электрическое поле отраженной волны оказывается в плоскости поглощающей пластины, как показано на рис. 8.24, в. Отраженная волна практически полностью поглощается в пластине и не проходит на вход ослабителя.
Для удобства включения в обычные волноводные тракты на обоих концах описанного вентиля обычно располагают переходы с прямоугольного на круглый волновод, а также секцию скрученного волновода прямоугольного сечения. Существуют и другие конструктивные решения ферритовьл вентилей, способствующие снижению «прямых» потерь при достаточно высоких «обратных» потерях, расширению рабочей полосы частот, повышению импульсной и средней мощностей, продвижению в сторону более низких и более высоких частот, уменьшению габаритов и веса и т.
и. Помимо волноводных систем, удалось создать вентили в коаксиальных и полосковых линиях. Роль вентилей для высоких уровней мощности могут играть также ферритовые циркуляторы, рассматриваемые в 5 8Л$. Применение вентилей резко улучшает работу генераторов СВЧ колебаний, способствует уменьшению затягивания частоты, улучшению спектра частот, устранению эффекта длинной линииит.д. ф 86. ДЕТЕКТОРНЫЕ И ТЕРМИСХОРНЫК ГОЛОВКИ.
ПОНЯТИЕ О ТКРМИСТОРНОМ МОСТЕ Одним из наиболее распространенных видов измерений на сверхвысоких частотах, помимо рассмотренного в гл. 7 измерения КСВ и полных сопротивлений, является измерение мощности колебаний. Калориметрический способ, кратко описанный раньше, дает возможность производить измерение мощности, превышающей примерно 1 вт (среднее значение). Для измерения меньших значений мощности, вплоть до нескольких микроватт, применяются иные методы. Наиболее просто оценить величину мощности с помощью кристаллического детектора по величине выпрямленного тока. Как указывалось при рассмотрении вопроса об измерении КСВ, в случае малых мощностей характеристики современных кристаллических детекторов можно с достаточной степенью точности полагать квадратичными.
Это значит, что выпрямленный ток детектора Х„„измеряемый микроамперметром, пропорционален поступающей на детектор мощности сверхвысокочастотных колебаний: (8.6) Здесь Й вЂ” константа, характеризующая чувствительность кристаллического детектора в выпрямительном режиме. Для большинства выпускаемых сейчас измерительных и видеодетекторов чувствительность имеет порядок 0,5 — 2 а/вт или, что то же, 0,5 — 2 мха/мквт.
Таким образом, предел квадратичности 262 характеристики детектора соответствует примерно уровню мощности 10 — 40 мкв 7. При более высоких мощностях соотношение (8.6) становится несправедливым и ток детектора перестает быть прямо пропорциональным высокочастотной мощности. м Своиства детекторов подвержены, к сожалению, значительным изменениям как во времени, так и в зависимости от электрических и механических воздействий.
Поэтому использовать детектор для измерения абсолютной величины мощности не удается. Это не препятствует, однако, применению кристаллических детекторов для измерения и индикации мощности в относительных единицах. Рис. 8.25. Схема устройства двух настраиваемых волноводных детекторных головок 1 — отрезок стандартного прямоугольного волновода, 2— кристаллический детектор, 8 — согласующий поршень, 4— фишка для подключения микроамперметра, 5 — согласующие винты, б — контактная пружина, 7 — слюдяная прокладка (конденсатор), 8 — металлическая шайба, 9 — коак- сиальный держатель с дросселем Некоторые примеры включения кристаллических детекторов в высокочастотный тракт рассматривались в связи с измерением КСВ. На практике широко используются так называемые детекторные головки, представляющие со~бой отрезки волновода или коаксиальной линии, снабженные устройствами для включения детектора, для согласования его с линией и для подключения измерительного прибора постоянного тока.
Примеры устройства детекторных головок показаны на рис. 8.25 и 8.26. В случае волноводной головки детектор может включаться поперек волновода таким образом, что он образует электрический зонд. Часто детектор располагают также во вспо-. могательной коаксиальной 2 линии, непосредственно свя- занной с волноводом. СоглаКыд сование производится с помощью поршня и, например, трехвинтового трансформато- .4- ра. 3 Следует иметь в виду, что к согласованию детекторных головок не предъявляются очень жесткие требования.
Вполне приемлемой являетРис. 8.26. Схема устройства ненастраи- ся величина КСВ порядка ваемой коаксиальной йетектоРной го- 1 5 В ряде случаев согласо ловки 1 — основная коаксиальная линия; 2 — кристаллический детектор; 8 — четвертьволновый тоЧКИ ЗреНИя ЧувствИтеЛьНо дроссель; 4 — фишка для подключения микро- ФЭ амперметра сти индикаторного устроиства. Для соединения детекторной головки с микроамперметром или другим индикаторным прибором, например, усилителем или осциллографом, обычно предусматривается экранированный коаксиальный выход, в котором имеется блокировочный конденсатор или дроссель. Назначение конденсатора и дросселя — предотвращение просачивания высокочастотной энергии в цепь постоянного тока.
Часто бывает необходимо устранить регулировку согласования и обеспечить широкую рабочую полосу частот — порядка 20 — 30% от средней частоты и более. Это удается достичь путем фиксации короткозамыкающей стенки в волноводе на оптимальном расстоянии от детектора и путем выбора наиболее благоприятного положения детектора относительно волновода. Узкий размер сечения волновода целесообразно уменьшать в 2 — 3 раза в сравнении со стандартными размерами волновода. Коаксиальная детекторная головка, схематически показанная на рис. 8.26, не содержит согласующих элементов (они могут быть включены в линию перед головкой) . Здесь представляет интерес выбор устройства для включения микроамперметра. Отсутствие утечки высокочастотной энергии обеспечивается четвертьволновым отрезком коаксиальной линии, закороченным на одном конце и включенным последовательно в боковой коаксиальный вывод в качестве дросселя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
