Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Это обусловлено тем, что горизонтальные участки ферритового тороида неучаствуют в создании дифференциального фазового сдвига. Поэтому, когда фазовращатель работает на низком уровне мощности сверхвысоких частот, т. е. нетребуется контакта с металлической поверхностью волновода, ферритовый вкладыш выполняется в форме трубки (рис.7.19,а), надетой, как правило, на диэлектрический стержень.Фазовращатель на круглом волноводе с азимутально намагниченным ферритовым вкладышем кольцевого сечения может работать с сигналами произвольной поляризации (рис.7.19, б).Вентили на смещении поля. Вентили на смещении поля используют различие в структуре поля прямой и обратной волн. Достоинством таких вентилейявляется сравнительно небольшая величина внешнего магнитного поля (Но<< Н).Вентили на смещении поля разработаны как на круглых, так и на прямоугольных волноводах.Вентиль на круглом волноводе с продольно намагниченным ферритом показан на рис.7 .20.В его конструкции используется различие в структуре поляволн круговой поляризации Н 11 правого (прямая волна) вращения.
Для преобра-баРис.7.19. Фазовращатель:ана прямоугольном волноводе с ферритовой трубкой; б-с ферритовым вкладышем кольцевого сечения-на круглом волноводе7.3.Вошюводные устройства, использующие различия в структурах полей31 1Но -Рис.7.20. Вентиль на круглом волноводес продольно намагниченным ферритомзования линейно поляризованной волны в волну круговой поляризации и обратно применены диэлектрические четвертьволновые пластины. Ферритовый стержень либо покрывается поглощающей пленкой, либо изготавливается полым сметаллическим стержнем внутри, либо содержит поглощающий слой аквадага.Эффективная магнитная проницаемость ферритовой среды для кругополяризованных волн правого и левого вращенийµ + =µ -µаиµ_= µ + µасоответственно.
Поэтому левополяризованная волна концентрируется в феррите значительно сильнее, чем правополяризованная. Если диаметр ферритового стержнядостаточно велик, то левополяризованная волна почти полностью концентрируется в феррите и сильно затухает. Для волны с правой круговой поляризациейпоглощение сравнительно невелико, поскольку СВЧ-поле почти не проникает вферрит (благодаря малой эффективной магнитной проницаемости феррита).Вентиль на прямоугольном волноводе с поперечно намагниченной ферритовой пластиной изображен на рис.7.21,а. Поглощающий материал расположенна одной из боковых поверхностей ферритовой пластины, которая установлена вволноводе вблизи его базовой стенки. Размеры и параметры ферритовой пластины и ее местоположение в волноводе можно выбрать таким образом, что картины распределения напряженности электрического поля для прямой и обратнойволн будут соответствовать приведенной на рис.7.21,а.
При этом поглотительбудет оказывать слабое влияние на прямую волну, в то время как обратная волнабудет интенсивно в нем затухать.Вентиль с двумя ферритовыми пластинами, показанный на рис.7,21,б,сложнее по конструкции, чем вентиль с одной пластиной. В отношении электрических характеристик оба вентиля можно считать в первом приближенииравноценными. Этим и объясняется то обстоятельство, что вентили с двумя пластинами не получили широкого распространения.Еу1баР ис.7.21. Вентиль на прямоугольном волноводе:ас поперечно намалшченной ферритовой пластиной ; б-тинами;1--с двумя ферритовыми пласраспределе!Ше составляющей поля ЕУ прямой волны ;ляющей поля ЕУ обратной волны2-распределе!Ше состав7.312Ферритовые устройства сверхвысоких частот7.4. У-циркуляторБлагодаря своим исключительно малым габаритам и хорошим электрическим параметрам У-циркуляторы нашли широкое применение в технике сверхвысоких частот.Волноводный У-циркулятор представляет собой симметричное соединениеволноводов под углом 120°.
В центре такого разветвления расположен ферритовыйцилиндр достато'П:lо большого диаметра (высота его не обязательно равна высотеволновода), намагниченный вдоль своей оси (рис.7.22).Наличие феррита придаетволноводному мосту невзаимные свойства, что и позволяет реализовать циркулятор. Если рассматриваемый волноводный элемент не содержит феррита, то волна,поступающая в плечо1, делитсяпоровну между плечамициент стоячей волны со стороны плечаи21 равен двум, так как3.При этом коэффиплечо1нагружено насопротивление, равное половине волнового сопротивления линии.
При наличиинамагниченного феррита волны, проходящие в плечи2и3,являются результатомсуперпозиции двух полей: первичного (Е21 , Е31 ) и переизлученного ферритовым цилиндром (Е; 1 , Е; 1 ). Первичные поля в плечах 2 и 3 в силу симметрии системысинфазные и равны по амплитуде. Амплитуда и фаза вторичного поля зависят отразмеров и параметров намагниченного феррита. Их значения можно подобратьтак, чтобы поля Е21 и Е'21 в плече2бьши синфазные, а поля Е3 I и Е'31 в плече3-противофазные. Если, кроме того, эти поля равны по амплитуде, то волна из плеча 1будет полностью передаваться в плечо 2.
В силу симметрии системы волна из плеча2будет попадать в плечо3,из плеча3-в плечо1. Такимобразом, рассматриваемый элемент будет представлять собой циркулятор, пропускающий волны в направлении плеч 1 -2-3-1 или 1 -3-2-1 в зависимости от направлениянамагничивающего поля. Огметим, что система будет согласована со стороны трехплеч, поскольку, например, плечо1будет подключено только к плечу2,т.
е. нагружено на сопротивление, равное волновому. В волноводных У-циркуляторах, какправило, используется разветвление в И-плоскости (циркуляторы И-типа). Возможно, однако, разветвление в плоскости Е. Свойства и принцип работы обоих типовциркуляторов одинаковы, но направление движения волн (при одинаковой ориентации магнитного поля) получается различным.У-циркуляторы могут одинаково успешно работать как при дорезонансном, так и при зарезонансномзначениях постоянного магнитного поля. В настоящеевремя У-циркуляторы разработаны для очень широкого диапазона длин волн (от15м до2мм).
То обстоятельство, что они могут работать при полях, превышающих резонансное значение, делает У-циркуляторы наиболее подходящими системами для использования на низких частотах. При этом их габариты (приРис.7.22. У-циркулятор:1-3 - плечииспользовании коаксиальных и полосковых линий)возрастают не сильно. Использование У-циркуляторовФазовые циркуляторы7.5.313в области коротких миллиметровых волн также не встречает особых затруднений. Поскольку У-циркуляторы не могут работать при малых значениях поля, тоим не требуются специальные ферриты и сложные волноводные элементы.Однако У-циркуляторы являются принципиально узкополосными и нетермостабильными устройствами.
Это связано с тем, что энергия электромагнитной волны почти полностью должна быть сконцентрирована в ферритовомстержне и небольшие отклонения значений параметров феррита от оптимальных значений вызывают сильную расстройку циркулятора. По той же причинеУ-циркуляторы можно использовать при сравнительно небольших уровняхимпульсной и средней мощности.7.5. Фазовые циркуляторыПринцип действия фазовых циркуляторов основан на явлении невзаимногофазового сдвига, которое имеет место, например, в прямоугольном волноводе,содержащем поперечно намагниченную ферритовую пластину. Для созданияциркулятора на основе невзаимного фазовращателя необходимы дополнительные волноводные элементы: щелевой мост, двойной Т -образный мост и переходное устройство с одинарного волновода на сдвоенный. Рассмотрим их каксамостоятельные устройства.Щелевой мост. Щелевой мост представляет собой два сдвоенных волновода, в общей узкой стенке которых прорезана щель определенной формы (рис.7 .23).Высота щели обычно равна высоте волновода.
На этом участке волновода возможно распространение не только основного колебания (Н 10 -волна), но и волны второго типа (Н 20), в то время как волны высших типов распространятьсяне могут.Н10-волна, идущая из плеча1,возбуждает Н10- и Н20 -волны, имеющие одинаковые амплитуды. Пусть эти волны в плече1 будут вфазе, тогда в плече2онибудут в противофазе. Поскольку фазовая скорость волны Н20 больше, чем волныН10 , первая волна опережает по фазе вторую, длина щели подбирается таким об1~н,оН2012~4Н 20~Н,о!~П'/~2/~Н,оН20Рис.7.23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
