Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Таким образом, условия,при которых может существовать резонансный вентиль, создаются элементами ссосредоточеннымn постоянными.У-циркуляр на полосковых линиях. Классический циркуляр, основанныйна использовании фарадеева вращения поляризации или невзаимного сдвига фа-7. 7.Ферритовые устройства на полосковых линиях319-: 11ВыходВход1_6Рис.а-7.32. Схемы вентиля на полосковых линиях с сосредоточенными емкостями:конструктивная; б -эквивалентнаязы, не может удовлетворительно работать на частотах ниже3000МГц. Иначеобстоит дело с У-циркуляторами, которые могут быть выполнены в полосковомварианте.Полосковая конструкция У-циркулятора показана на рис.вымдискам перпендикулярно7.33.К ферритоих основаниям приложено постоянное магнитное поле, превышающеерезонансное.Размерыдискаинапряженностьвнешнего магнитного поля Н0 подобраны так, чтозплечи сочленения согласованы.
На частотах вьппе1000 МГц циркуляторможет работать и до резонан-са. Волна, падающая в плечо1циркулятора, представляет собой Т-волну, вектор электрического полякоторой параллелен вектору постоянного магнитного поля. Результирующая электромагнитная волнаявляется суперпозицией двух волн, падающей и переизлученной ферритом. Она имеет картину поля,Рис. 7.33. У-циркулятор надляполосковой линии:которой векторы Пойнтинга существуют вовходном плече1и выходном плече2,в плечезультирующий вектор Пойнтинга равен нулю.3ре-1- 3 _плечи (полоски); 4 -металлическая плата7.320Ферритовые устройства сверхвысоких частот--Ноб--НоНаправлениевраспространени я волныаРис.а-7.34. Резонансныйвентиль на спиральной линии:структура силовых линий магнитного СВЧ-поля в спиральной линии передачи; б -с азимутально намаг1ШЧенным ферритовым кольцом; в-вентильвентиль с продольно намаг1ШЧеннымферритовым кольцомПолосковые конструкции ферритовых устройств хорошо работают на маломи среднем уровнях мощности сверхвысоких частот.Ферритовые устройства на спиральных линиях.
Практическое применение в диапазоне дециметровых волн находят ферритовые устройства на основеспиральных линий. Основным достоинством спиральной системы является ееширокополосность. (Фазовая скорость замедленной волны почти в точностисовпадает с групповой скоростью и остается практически неизменной в диапазоне частот порядка октавы и более.) Недостатком спиральной системы являетсямалая теплорассеивающая способность, а также трудность ее изготовления иприменения в диапазоне более коротких волн.Резонансный вентиль на спиральных линиях.
На рис.7.34,а показаны силовые линии магнитного СВЧ-поля в спиральной линии передачи. Проекция вектора магнитного поля на плоскость чертежа в точке Р (или Р ') вращается в разныестороны в зависимости от того , в каком направлении распространяется волна полинии. Поэтому азимуталъно намагниченное ферритовое кольцо, надетое на линmо (рис.7.34,б), приводит к невзаимному резонансному поглощению в линии.Ферритовые кольца намагничиваются током в несколько ампер, проходящим через небольшую обмотку, охватывающую их. Вентиль может быть и без внешнегомагнитного поля, если применить феррит с прямоугольной петлей гистерезиса.Ферритовое кольцо можно намагнитить продольно (см.
рис.7.34, в),так какпроекция вектора магнитного поля на плоскость , перпендикулярную оси спирали, также имеет эллиптическую поляризацmо.Спиральный вентиль (см. рис.7.34,б) впервые бьш применен в усилительнойлампе бегущей волны для подавления обратной волны, обусловленной отражениями,и тем самым для предохранения лампы от самовозбуждения при большом усилении.7.8.Особеююсти ферритовых устройств мW1Лиметрового диапазона волн3217 .8.
Особенности ферритовых устройствмиллиметрового диапазона волнПри разработке ферритовых устройств миллиметрового диапазона волн возникает ряд трудностей.1.Из формулы Фр= уН Р (где Фр -у- гиромагнитное отношение, у""2, 8частота ферромагнитного резонанса;МГц/Э; Нрез -напряженность постоянного магнитного поля, требуемая для резонанса) следует, что для частот более28 ОООМГц подмагничивающее поле, необходимое для ферромагнитного резонанса, превышает10 ООО Э(до100 ОООЭв диапазоне субмиллиметровых волн).Создание таких больших полей с помощью постоянного магнита или электромагнита является сложной проблемой. В устройствах четырехмиллиметровогодиапазона волн или еще более коротковолновых это уже практически невозможно.Для создания резонансных устройств, работающих на очень высоких частотах, существуют два пути:а) необходимость в больших подмагничивающих полях отпадает, если использовать ферромагнитные материалы с большими (порядка20000 Э)внутренними полями анизотропии.
Такие большие внутренние поля имеют кристалль1 с гексагональной структурой, а также некоторые поликристаллические материаль1. Внутренние поля анизотропии в этих кристаллах могут достигать50 ОООЭ.Резонанс в миллиметровом диапазоне может происходить в таких полях при отсутствии внешнего магнитного поля, что позволяет создавать резонансные вентили для двухмиллиметрового диапазона (а нерезонансные устройства и для более коротких волн);б) для работы на еще более коротких-субмиллиметровых-волнах можно использовать антиферромагнитные кристаллы, внутренние поля взаимодействия в которых достигают100 ООО Э.ны работать при низкой температуреОднако такие устройства зачастую долж-более низкой, чем температура Нееля(аналог температуры Кюри) антиферромагнетика2.(10 ... 700 К).Нерезонансные устройства миллиметрового диапазона могут быть созданы с использованием обычных ферритов, так как в этих устройствах не требуется больших магнитных полей.
В этом случае трудности связаны с тем, что модуль недиагональной компоненты тензора магнитной проницаемости феррита сувеличением частоты уменьшается, а это ухудшает работу фарадеевых вращателей плоскости поляризации и невзаимных фазовращателей.Кроме того, следует отметить трудности, связанные с чрезвычайно малымиразмерами волноводов, что препятствует осуществлению обычвых устройств(вращателей поляризации и фазовращателей). Появление У-циркулятора позволило отказаться от применения обычных фазовых циркуляторов на очень коротких волнах.7.322Ферритовые устройства сверхвысоких частотВопросы1.Волноводные устройства на основе эффекта Фарадея:а) как устроены гиратор и вентиль?б) на каких принципах работают амплитудные модуляторы и переключатели?в) как устроены вращатели плоскости поляризации и фазовращатели, управляемыепродольным магнитным полем , использующие эффект Фарадея?2.Волноводные устройства, использующие явление взаимного поглощения при ферромагнитном резонансе:а) опишите принцип работы резонансного вентиля на круглом волноводе;б) какими основными особенностями обладают резонансные вентили на прямоугольном волноводе?3.Волноводные устройства, использующие различия в структурах полей прямой иобратной волн:а) каковы принципы построения невзаимных фазовращателей на основе прямоугольного и круглого волноводов?б) каковы принципы построения вентилей на смещении поля?4.Какова роль щелевого моста и двойного Т-моста при построении фазовых циркуляторов?5.Взаимные ферритовые устройства:а) каков принцип построения фазовращателя Реджиа-Спенсера?б) принципы построения быстродействующих модуляторов, резонаторов и фильтров.6.Каковы принципы построения вентилей и У-циркуляторов на основе полосковых испиральных линий передачи?8.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯС АКТИВНОЙ СРЕДОЙ.УСИЛЕНИЕ И ГЕНЕРИРОВАНИЕ8.1. Распространение электромагнитной волныв активной среде.Условия усиления и генерированияУсиление поля в активной среде. При распространении в пассивной средес потерями электромагнитное поле поглощается и амплитуда поля с увеличением расстояния убывает по экспоненциальному законуЕт(х) =Ет -е-ах,где а-постоянная затухания . Для диэлектрика с малыми потерями а определяется выражением(2.45):roE"(8.1)а=--2сп'где п -коэффициент преломления.При распространении в активной среде электромагнитное поле усиливается,амплитуда поля возрастает по экспоненциальному закону:ахЕт(х) =Ет ·е ус .Здесь CJ.yc -коэффициент усиления.
Его можно определить по формуле(8.1),рассматривая активную среду как диэлектрик с малыми отрицательными потерями ( Е" < О). С учетом(2.62) для двухуровневой квантовой среды коэффициентквантового усиления определяется выражениемayc(ro) = roh2спВптg(rо)(Nп _..!Ь:._Nт)·gДля усиления электромагнитного поля необходимо, чтобысоздание инверсной населенности, когда выполняется условие(N,, - :: Nm) > О.(8.2)111ayc(ro) > О, т. е.3248.Взаимодействие электромагнитного поля с активной средойВ кваmовой среде наряду с индуцированными происходят спонтанные переходы, фаза, поляризация и частота которых не связаны с распространяющимсяполем и поэтому на усиление электромагнитной волны не влияют. Спонтанныепереходы являются источником шумов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
