Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Е,У Е" 2 Е" 1 Рис. 8.49. К рассмотрению свойств волноводного моста со щелью в общей узкой стенке волново- дов Рис. 8.50. Векторные диаграммы полей для схемы, изображенной на рис. 8.49 а — случай противофазного возбуждения моста из плеч 1 и 2; б — случай синфазного возбуждения; в — одновременное возбуждение синфазной и щротивофазной волнами равных амплитуд Можно показать, что похожими свойствами обладает мостовое соединение, изображенное на рис. 8.48, е, но поле в плече 4 опережает поле в пле- 7~ че 8 на угол 2 ' Метод синфазных и противофазных волн может быть применен не только для анализа мостовых соединений, но и в общем случае направленных ответвителей с распределенной связью (см., например, направленный ответвитель с длинной щелью, кратко описанный в ~ 8.8).
Практически используемые щелевые мосты имеют в области щели связи дополнительное устройство — регулиров очный винт. Далее, для предотвращения возбуждения волны типа Нза на участке, где отсутствует общая узкая стенка волновода, обычно используют сужение, показанное пунктиром на рис.
8.49,а. Щелевые мосты могут выдерживать высокую импульсную мощность" и обеспечивают развязку противоположных плеч * Так, мост со щелью в узкой стенке может обеспечивать электрическую, прочность, доходящую до 70% от электрической прочности соответствующего стандартного волновода; для моста, изображенного на рис. 8.48, в, эта цифра несколько ниже и приближается к 40%. 288 при Лг~= л энергия не ответвляется в плечо 8 (случай полной связи между плечами 1 и 4). При увеличении Лср до 2л вся энергия из плеча 1 переходит в плечо 8 и т.
д. Таким образом, при большой длине щели 1 по мере движения волны в принципе могут наблюдаться иространственныв биения, сопровождаемые полным переходом энергии из одного волновода в другой. Для работы моста требуется деление мощности из плеча 1 поровну между плечами 8 и 4. Это условие может быть удовлетворено только при разности фаз Лу, равной — 2 — (см. рис. 8.50,в). Заметим, что поле в плече д, более 20 дб при КСВ менее $,1 — 1,2 в полосе частот до 207о от средней частоты. Наиболее широкое применение находит мост со связью по узкой стенке волновода (рис.
8.48, б). На базе этого моста конструируются разнообразные волноводные устройства. для примера на рис. 8.51 показана принципиальная схема балансного антенного переключателя, использующего два одинаковых широкополосных разрядника защиты приемника. В режиме передачи, когда со стороны плеча 1 моста М, подается мощный сигнал от передатчика, оба разрядника Р, и Р2 закорочены СВЧ разрядом и играют роль поршней, расположенных на одинаковом расстоянии от моста. Поскольку деление мощности между плечами моста сопровождается сдвигом по фазе на —, такое расположение поршней эквивалентно двум поршням, расположенным в симметричных плечах ~в двойного тройника со сдвигом на — (см. выше $6.8 и 7.8). Вся мощность 4 передатчика (за вычетом небольших потерь в плазме СВЧ разряда) передается в плечо И, ведущее к антенне. Что касается мощности, просачивающейся через разрядники при зажигании и горении разряда, то соответствующие волны, проходящие во второй мост М2, интерферируют в плече Ш и складываются в плече ГЧ, где включена согласованная нагрузка.
Благодаря этому мощность, попадающая в приемник в режиме передачи, в идеальном случае равна нулю. В реальных условиях удается значительно снизить перегрузку приемника. В режиме приема сигйал из антенны, поступающий через плечо П первого моста, может прой- ти только в плечо Ш второго моста. Ответвления сигнала в ветвь передатчика не происходит. Разрядник блокировки передатчика оказывается излишним.
Таким об азом балансный антенный пе еклю р Р чатель обладает рядом преимуществ в сравнении с ответвительным переключателем, описанным выше. Однако у него имеются и некоторые недостатки. ПоэтомУ в настоЯщее вуемЯ находЯт пРимене- Рис 85~ С ема ние как ответвительные, так и балансные системы б 'н ',,о а н антенных переключателей. Если вместо разрядников Р1 и Р2 на рис. 8.51 ля, использующеиспользовать полупроводниковые диоды, то можно го два щелевых создать практически безынерционный управляе- моста и два размый переключатель или модулятор.
Такие устрой- рядника защиты ства, управляемые за счет изменения постоянного приемника или напряжения смещения на обоих диодах, находят один сдвоенный все более широкое применение. Однако величина разрядник с обкоммутируемой мощности оказывается пока не- щей вакуумной большой — порядка единиц киловатт в сантимет- оболочкой ров ом диапазоне волн. Волноводные мосты находят широкое применение в ферритовых невзаимных устройствах — циркуляторах, а также в регулируемых делителях мощности и фазодвигателях. 19 И.
В. Лебедев ~ 8.И. ФЕРРИТОВЫЕ ЦИРКУЛЯТОРЫ Циркулятором в техиине сверхвь~с"ких частот 1~рицято ~а'~~~- вать многополюсцик, схематически изображенный на рис, 8.5, и отличающийся следующими важными свойствами. При подаче сигнала в плечо 1 энергия передается только в плечо 2 и не ответвляется в другие плечи (на рис.
8.52 — плечи 3 и 4). Если энергия поступает на вход циркулятог ра со стороны плеча 3, то она не попадает в плечи 1 и 4, а передается в плечо 8. Плечо 8 в свою очередь оказывается связанным только с плечом 4. Последнее плечо (на рис. 8.52 — плечо 4) 3 обеспечивает связь только с плечом 1. Идеальный циркулятор должен обладать недиссипативными свойствами, т.е.передача сигнала между соответствующими плечами должна происходить без потерь мощности.
Получить переРис. 8.52. П ис. . . ередача энер- численные свойства можно только с погии между плеч~~~ мощью невзаимных (необратимых) идеального восьмипо- элементов, входящих в состав .рассмалюсного циркулятора триваемого восьмиполюсника. На рис. 8.53 изображены две упро- щенные схемы фазовых уиркуляторов, использующих невзаимный фазовый сдвиг в прямоугольном волноводе, содержащем намагниченный феррит. В состав каждого из циркуляторов входят два моста, между которыми в простейшем случае расположена одна ферритовая пластина, находящаяся в области круговой поляризации высокочастотного магнитного поля (см.
выше рис. 8Л9 и 8.20). В отличие от резонансного вентиля, рассматривавшегося в 5 8.5, напряженность постоянного магнитного поля выбирается значительно ниже величины О,р,„соответствующей условию ферромагнитного резонанса. При этом потери в феррите для обоих направлений вращения высокочастотного магнитного поля могут быть сделаны достаточно малыми. Однако ввиду различия величин р+ и р' (см. вьппе рис. 8.18) фазовые скорости волн,распространяющихся по волноводу в противоположных направлениях, также оказываются различными. Выберем такую длину ферритовой пластины, при которой разность фазовых сдвигов в «прямом» и «обратном» направлениях составляет ровно л. Такой четырехполюсник иногда называют гираторох. Тогда при подаче сигнала на вход 1 схемы, изображенной на рис. 8.53,а (т.
е. в Н-плечо двойного тройника), две волны, приходящие во второй тройник и являвшиеся первоначально синфазными, оказываются в противофазе ввиду сдвига 290 на л в гираторе. С учетом свойств тройниковых разветвлений (см. ~ 6.6 и 6.8) передача энергии в этом случае возможна только в Е-плечо, обозначенное цифрой 2.
Таким образом, вся мощность, поданная на вход 1, поступает без потерь и отражения в плечо 2. Если теперь подать сигнал со стороны Е-плеча второго моста (вход 2 на рис. 8.53,а), то две волны, поступающие справа налево в первый мост, не претерпевают относительно друг друга сдвига фаз в ферритовой секции. По свойствам Е-тройников эти вол- Н плечо ны на выходе из второго моста являлись противофазными. ПоЕ-плесцо ступая в первый мост, две противофазные волны обеспечивают передачу энергии только в упл„, Е-плечо, обозначенное циф. ° рои о. З /ф 1 ь~7ф'й'п~ Рассматривая движение 4 луг \ Г \ Е плею волн из плеча 8, а затем из плеча 4, можно убедиться в полном соответствии схемы, изображенный на рис 8.53, а, идеальному циркулятору (рис.
~ееррию 8.52) . Схема циркулятора, изображенная на рис. 8.53, б, чаще применяется на практике и отличается от рассмотренной выше схемы заменой двойных тройников на щелевые мосты. Вместо одной ферритовой пластины большей частью используются две более короткие одинаковые пластины, расположенные в обоих каналах циркулятора и создающие разностный сдвиг фаз, рав- Л ный — .
В этом случае в одном из каналов включается также 2 обычный ножевой диэлектрический фазосдвигатель, обеспечивающий взаимный фазовый сдвиг на — (см. рис. 8.53, 6). При рассмотрении прохождения сигналов в схеме, изображенной на рис. 8.53,б, следует учитывать векторную диаграмму щелевого моста, рассмотренную выше на рис. 8.50, в. Внешний вид одного из циркуляторов, имеющего один щелевой мост и один «свернутый» двойной волноводный тройник, показана на рис. 8.54. В четвертом плече циркулятора в данном случае включена согласованная нагрузка.
Развязка плеч циркулятора имеет обычно величину порядка 20 — 30 дб при активных вносимых потерях порядка 0,3 — 0,5 дб. Существуют циркуляторы, способные работать при весьма высоких импульсных и средних Рис. 8.53. Схемы фазовых циркуля- торов, использующих гиратор и два двойных тройника (а) и два щелевых моста (6) мощностях в полосе частот, примерно соответствующей полосе частот используемых волноводных мостов. На рис.
8.55 и 8.56 схематически изображены два других типа ферритовых циркуля оров. В четырехплечем устройстве, показанном на Рис. 8.55, используется эффект Фарадея, рассматривавшийся в $8.5. Ферритовый стержень, находящийся в продольном постоянном магнитном поле, располагается вдоль оси у.тТ круглого волновода, возбуждаемого на волне типа Н~1.
К этому волноводу под углами в 45' подключаются четыре входа, выпол- ,Ъ ненных на базе стандартных прямоугольных волноводов. Развязка между соответствующимиимн плечами достигается за счет поляризационных явлеРис. 8.54. Внешний вид ферритового ний. Так, при подаче энергии со фазового циркулятора стороны плеча 4 волна не может поступать в плечо 2 вследствие взаимно перпендикулярного расположения плоскостей поляризации в соответствующих прямоугольных волноводах. далее, волна не может ответвляться из круглого волновода в плечо 8, так как после прохождения сек- Р Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
