Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Щелевой1 -4 -плечиРвх/2 -4Pnx/2 -ЗHw ~Змост:Н,о7.314Ферритовые устройства сверхвысоких частот44з26аРис.7.24. Двойной Т-образный мост (а) имодифицированный двойнойТ -образный мост ( б):1--4 -плечиразом, чтобы это опережение составило 90°. Таким образом, после прохожденияучастка с двойной шириной сдвШ' фаз между волнами Н1 0 и Н20 перед плечом 4составит90°,а перед плечомлебаний в плечахи3-- 90°. Врезультате сложения обоих типов кообразуются волны типа Н 10 с одинаковой амплитудой, носдвинутых по фазе относительно друт друта на 90°. Иными словами, энергия34волны, поступающей в одно из четырех плеч щелевого моста, делится поровнумежду двумя противоположными плечами, а волны в этих плечах имеют фазовый сдвиг90°.Точная настройка щелевого моста обычно осушествляется погружением в щель настроечного винта, расположенного в центре щели, послечего положение винта фиксируется гайкой.Двойной Т-образный(рис.7.24,мост.Энергияволны,а), делится поровну между плечами1чах волны синфазны.
При поступлении в плечопоровну между плечами1и2,и2,поступающаявплечо3а возбуждаемые в этих пле4 энергия волны также делитсяоднако волны в них возбуждаются в противофазе.Волноводный двойной Т-образный мост является взаимным устройством, поэтомуволны, поступающие в плечи1и2в плечов плечо3, а в противофазе -с одинаковой фазой, складываются и попадают4.В фазовых циркуляторах используется модифицированный двойной Т-мост(рис.7 .24,б). Видоизменение заключается в повороте плеч1иотносительно2вертикальной оси симметрии.
Качественное согласование двойного Т-моста,особенно со стороны плеча4,довольно затруднительно. В связи с этим его частотные характеристики несколько хуже, чем у щелевого моста.Переходное устройство с одинарного волновода на сдвоенный представленона рис.7.25.Ценным свойством такого устройства является равномерность деления энергии волны, поступающей в плечо/2перечисленные---- ~-- 3----~Рис.7.25.Переходное3, междуволноводныеплечами1элементыи2.иИспользуяневзаимныефазовращатели, можно построить несколько типов фазовых циркуляторов. Рассмотрим три из них.Фазовые циркуляторы.
Первый тип фазового цирустройство с одинарногокулятора схематически представлен на рис.воJШовода на сдвоенный:состоит из двух щелевых мостов, диэлектрической пла1 -3 - плечистины, создающей взаимный фазовый сдвШ' 90°, и из двух7.26,а. Он7.5.Фазовые циркуляторы•1•2 = J J - 900о 90° --11900- - 900_900 3i ••••••••••• • 90°е - 90°i:=оi ····. ······ • -о----- о13151оо141а•12о-•i ••••••••••• •90°-оi ····. ······ • -90° -L3• г1 - - - - - - - - .
- - - - - - - - - - - ...........••6112О -1i ···· ....... •i •• •• • •• •• •• •90° -90°-_r.f""lL...:.......JLЗ-----.----------о_ ______.Г•••вРис.а-7.26. Фазовый циркулятор:первого типа;6-второго типа; в -третьего типа;1-4 -плечиодинаковых ферритовых пластин, намагниченных в одном и том же направлении ирасположенных симметрично относительно общей стенки двух волноводов. Ферритовые пластины и намагничивающее поле, создаваемое постоянным магнитом, подобраны так, что невзаимный фазовый сдвиг в каждом канале равенЭнергия волны, поступающей в плечо190°.циркулятора, делится поровну впервом щелевом мосте, причем волна, возбуждаемая в верхнем волноводе, получает фазовый сдвиг- 90°.
Проходя пофазовращателю, волна в верхнем волноводе испытывает дополнительный фазовый сдвиг на180°, в то время как волна внижнем волноводе дополнительного фазового сдвига не получает.Проходя через второй щелевой мост, обе волны испытывают фазовый сдвиг-90°.В плече4 складываются две волны, имеющие фазовый сдвиг, равный ну- две волны с фазовым сдвигом 90° и - 90°. Поэтому вся энергиялю, а в плече 3поступает в плечо4.Прослеживая далее, можно убедиться, что в рассматриваемой системе волны будут проходить в направлении плеч1-4 -2-3 -1.При переключении направления внешнего поля волны будут проходить в обратном направлении 1- 3 - 2 - 4 - 1.Второй тип фазового циркулятора, изображенный на рис.7.26,б, являетсятрехплечим.
Вместо второго щелевого моста применен переход со сдвоенного волновода на обычный. Повторяя приведенные выше рассуждения, легко убедиться,что волны будут двигаться в направлении плеч 1 - 3 - 2 - 1, а при переключениинаправления намагничивающего поля - в направлении плеч 1 - 2 - 3 - 1.7.316Ферритовые устройства сверхвысоких частотНаконец, в фазовом циркуляторе третьего типа, приведенном на рис. 7.26, в,вместо переходного волноводного устройства использован модифицированныйдвойной Т -мост.
В этом типе циркулятора, который, как и первый, является четырехплечим, волны передаются в направлении плеч1 - 3 - 2 - 4 - 1.7.6. Взаимные ферритовые устройстваК взаимным ферритовым устройствам относятся: фазовращатель РеджиаСпенсера,быстродействующиймодулятор(переключатель),-резонаторыифильтры, перестраиваемые ферритом.Фазовращатель Реджиа Спенсера представляет собой участок прямоугольного волновода, вдоль оси которого расположен достаточно толстый ферритовый стержень, намагничиваемый в продольном направлении (рис.7.27).Фазовращатель позволяет получить большие фазовые сдвиги при мальIХ управляющих полях (Но< Н).Зависимость взаимного фазового сдвига от величины намагничивающегополя представлена на рис.7.28.Большая величина регулируемого сдвига фазы объясняется двумя главными факторами: концентрацией поля в районе феррита и изменяющейся высокочастотной магнитной проницаемостью.
В реальных конструкциях фазовращателей применяются ферритовые стержни больших размеров, в которыхэлектромагнитная энергия концентрируется благодаря значительной диэлектрической проницаемости феррита. При увеличении значения намагничивающего поля от нуля до конечного значения эффективная высокочастотная магнитная проницаемость феррита изменяется от единицы до значения, соответствующего намагниченности насыщения.Быстродействующий модулятор (выключатель). Выключатель представляет собой устройство, которое в одном режиме пропускает волну, а в другом-отражает или поглощает ее. Схема взаимного выключателя, основанного на эффекте Фарадея, представлена на рис.7 .29.При отсутствии тока в катушке намагничивающее поле равно нулю и вращения плоскости поляризации не происходит. Поэтому волна из плеча1поступает в плечо2, гдеставят поглощающуюнагрузку.
Если подобрать такое значение тока, чтобы угол поворота плоскостиCF(ОНоРис.7.27.СпенсераФазовращатель Реджиа-Рис.200 400600Но , Э7 .28. Зависимость фазовогосдвигаот значения намагничивающего поля7.6.Взаимные ферритовые устройства3172Рис.7.29. Быстродействующий модулятор:1-3-плечиполяризации составил90°,то волна из плеча1будет передаваться в плечо3.Выключатель не обладает вентильными свойствами.Резонаторы и фильтры, перестраиваемые ферритом. С помощью ферритов можно создать электрически управляемые узкополосные фильтры, перестраиваемые в широкой полосе частот.
Принцип работы ферритовых фильтровоснован на явлении ферромагнитного резонанса.Фильтром может служить объемный резонатор с помещенным внутрь негоферритом. Под влиянием поля намагничивания изменяются параметры феррита(компоненты тензора магнитной проницаемости). Изменение действительных частей компонентов тензора приводит к сдвигу частоты резонатора, а изменение мнимых частей обусловливает потери в феррите и, как следствие, изменение добротности резонатора.
Однако такие фильтры (с поликристаллическими ферритами) ненашли применения вследствие зависимости их параметров от различных факторов.Широкое применение находят фильтры, состоящие из линий передачи с помещенными в них монокристаллами феррита. Последние имеют форму сфер илидисков. Схема полосового фильтра на ортогональных линиях передачи, связанных с помощью ферритовой сферы, изображена на рис.7 .30.При не намагниченном феррите энергия сверхвысокой частоты из одной линии в другую передаваться не может вследствие ортогональности типов колебаний. Максимальная связь между линиями передачи имеет место при намагничивающем поле, создающем ферромагнитный резонанс на частоте СВЧ-сигнала.Следует отметить, что применение ортогональных линий передачи позволяет увеличить развязку (затухание) вне полосы пропускания фильтра.Схемы проходных фильтров показаны на рис.(рис.7.31,7.31.В режекторном фильтреа) входная СВЧ-волна возбуждает в намагниченном феррите вторичные волны Н1 и Н2 , распространяющиеся в направлениях1и2.При резонансефазовый сдвиг между первичной волной н.х и волной Н2 оказывается равным180° и энергия через фильтр(в направлении2) не распространяется.В,од ~н,-с_-§~Рн~ - вы,од--н оРис.7.30.
Схема полосовогофильтра на ортогональных линиях передачи3187.Ферритовые устройства сверхвысоких частот;н,оН2/ н ,н--., -о ----н 2c:J2Нотр --н .,баРис.а-2c:J7.31. Схемы проходных фильтров:режекторного; б -полосовогоВ полосовом фильтре (рис.7.31, 6)кроме возбуждения вторичных волнН1 и Н2 , распространяющихся в направленияхот диафрагмы волны Н0тр в направлении1.1и2,наблюдается отражениеПри соответствующем выборедиафрагмы происходит компенсация волн Н 1 , Н 0 , и Натр · Волна Н2 проходитчерез фильтр. Вне полосы пропускания (вдали от резонанса) энергия сверхвысоких частот через фильтр не проходит, так как волновод за счет толстойдиафрагмы становится запредельным.При изготовлении СВЧ-фильтра необходимо, чтобы ферритовая сфера располагалась в области максимума магнитного СВЧ-поля соответствующей ориентации.7.7.
Ферритовые устройства на полосковых линияхи периодических структурахС уменьшением частоты увеличиваются габариты и масса ферритовых устройств. В дециметровом диапазоне волн проблема больших габаритов и весачастично может быть решена применением полосковых линий. На полосковыхлиниях могут быть выполнены резонансный вентиль, У-циркулятор и некоторыедругие устройства.Вентили на полосковых линиях. Вентили на полосковых линиях являютсянаиболее компактными в этом классе устройств. Миниатюрный вентиль длядиапазона порядка400МГц может быть создан с использованием элементов ссосредоточенными емкостями (рис.7.32, а).Подстрочные конденсаторы используются для настройки в резонанс параллельного и последовательного резонансных контуров, показанных на рис.При этом, как следует из эквивалентной схемы, вьmолняются условия7 .32, б.12 = -il1.Эти токи создают в феррите магнитное поле с круговой поляризацией, вращающееся в одном направлении, когда токложном направлении, когда ток1111 направленк нагрузке, и в противопонаправлен к входу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
