sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Практически интересен «симметричный» случай Ь'= — Ь", когда обеспечиваются почти одинаковые полосы пропускания в двух состояниях и наилучшая широкополосность. Номиналы элементов схемы определяются по формулам Вносимое ослабление, возникающее из-за конечного качества коммутационных диодов, ~=1+ — '~1д — "~ имеет более резкую зависимость от фазового сдвига по сравнению с формулой (6.2) (здесь в формуле для ь вместо синуса присутствует тангенс).
Поэтому проходные фазовращатели в виде нагруженной линии передачи невыгодно применять при больших фазо. вых сдвигах: Л~р>п/2. )12',1баиад Га Рнс. 6.13. Рисунок мнкрополосковоЯ платы трехразрндного бннарного фазоврапгатела СВЧ на р Ьл-днодак (Са — блокнровочнан ем- косгь) Многоступенчатвге проходнвге гразовращатели. Существуют различные способы их выполнения. В фазоврашателях мостового типа число фазовых состояний можно увеличить, применяя многопозициоиные отражательные фаэовращатели (см.
Рис. 6.11, а). Фазовращатель на переключаемых отрезках линии передачи может сбдержать не два, а большее число переключаемых отрезков. Многопозицнонный проходной фазовращатель чаще всего выполняют в виде каскадной цепочки двухпозиционных фазовращателей. Если каскады одинаковы и их число равно числу требуемых состояний фазы, то схема неоптимальна по суммарному вносимому ослаблению, но ее достоинство в том, что мощность потерь распределяется поровну между диодами и фазовращатель пропускает увеличенную мощность. Более экономный по числу диодов многопозиционный фазовращатель выполняется по бинарному принципу в виде каскадного соединения р проходных секций, первая из которых дает дискрет фазы и, вторая и/2, третья и/4 и т.
д. Общее число фазовых состояний получается равным 2г, что обеспечивает перекрытие фазы 0 — 2п с дискретом, определяемым секцией, дающей наименьший фазовый сдвиг. Бинарный проходной фазовращатель при оптимизации дает минимальное вносимое ослабление, но диоды в нем работают в неравных условиях, что снижает допустимую пропускаемую мощность. Бинарный фазовращатель может состоять из разнотипных двухпозиционных секций. Секция с фазовым сдвигом и или зз/2 обычно выполняется по мостовой схеме (для уменьшения вносимого ослабления), а секции с малыми фазовыми сцвнгами— в виде более простых фазовращателей в виде нагруженной линии передачи. Рисунок микрополосковой платы трехразрядного проходного фазовращателя показан на рис.
6.13. Эта конструкция является примером гибридной интегральной микросхемы СВЧ. Характерным свойством гибридных микросхем является наличие навесных элементов †диод, блокировочных емкостей и др. Проходной фазовращатель по схеме рнс. 6.13 обеспечивает точность установки фазовых сдвигов 5 — 8' и полосе частот 5 — 10% при вносимом ослаблении 1,0 — 1,5 дБ и входном КСВ не выше 1,3. й Ь7. ФЕРРИТОВЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ Феррит — магнитодиэлектрический материал (з,=5 — 16, 1пб= = 10-з —:10-з) с кристаллической структурой, обладающий гиромагнитными свойствами, обусловленными особым поведением электронов в атомах кристаллической решетки. Различают три разновидности кристаллических структур ферритов: структуру шпинели с формулой МецО РезОз, где Мен — ион двухвалентного металла (%, Мп, Сп, Со, Ми и др.), структуру граната (ЗУзОз 5ГезОз— железоиттриевый гранат) и гексагональирю структуру.
Ферриты могут быть поликристаллическими и монокристаллическими. Производство поликристаллических ферритов осуществляют по технологии, характерной для керамики: смесь оксидов с пластнфнкатором формуют в полуфабрикаты, которые затем обжигают при температуре 1000 — 1400'С.
Ферритовые монокристаллы выращивают по технологии, сходной с технологией изготовления полупроводниковых материалов. Наиболее часто применяются образцы ферритов в форме стержней круглой или прямоугольной формы, пластинок и дисков, а также отполированных сфер небольшого диаметра (около 1 мм) из монокристаллов. В ферритовых устройствах СВЧ используются гиромагнитные свойства, проявляющиеся прн одновременном воздействии на ферритовый образец постоянного и высокочастотного магнитных полей.
При таком воздействии связь высокочастотных векторов напряженности магнитного поля Н, н магнитной индукции В„ приобретает сложный характер, описываемый тензором магнитной проницаемо- сти (1а). Если ориентировать постоянное подмагничивающее поле Нв вдоль оси я декартовой системы координат, эта связь принимает вид 0 0 Компоненты тензора 1ь=1т'+1Р." и й=й'+)я" являются комплекснымн величинами, н нх зависимости от напряженности подмаг- Ф+,Ф- ттт ~~ Н Ъ 'гт П а1 Рнс. 6Л4.
Завнснмость параметров феррнта от поля подматннчнвання: о — компонентов теплоре (НП б — проппцеемостей р+ н Н алп полей вращаю- щейск полпрппацпн ничнвающего поля (или от частоты гиромагнитного резонанса Я имеют резонансный характер (рис. 6.14, а). Частота ~в носит название ларморовой частоты н определяется известным соотношением )о — — уНо, где у=3,5 10- — — гиромагнитное отношение элекМГп А/м трона, т. е.
отношение его магнитного и механического моментов. Остроту резонанса принято характеризовать шириной линни гиромагнитного резонанса ЬН, представляющей ширину кривой 1ьм(Но) по уровню 0,5 от максимального значения. В зависимости от марки феррита ЛН может изменяться в широких пределах. Вследствие тензорного характера магнитной проницаемости безграничная ферритовая среда оказывает различное воздействие на электромагнитные волны правой и левой круговой поляризации, распространяющиеся вдоль направления подмагничивающего поля. Как известно из электродинамики, для каждой из этих воли феррит ведет себя как изотропная среда, магнитная проницаемость которой зависит от направления вращения вектора поляризации волны.
Для правополяризованной волны (вектор Н„, вращается по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего по полю Нь) магнитная проницаемость р+=и'++(и"+ имеет резонансный характер и мнимая составляющая и +, учитывающая потери в феррите, максимальна при резонансе. Резонансный характер функции р+(Но) обусловлен тем, что направление вращения возбуждающего магнитного поля совпадает с направлением прецессии магнитных моментов электронов. Для левополяризованной волны направления вращения магнитного поля и прецессии электронов противоположны, поэтому резонанс невозможен и магнитная проницаемость р изменяется в зависимости от подмагничивающего поля плавно. Характерное поведение проницаемостей р+(Нь) и р (Нь) показано на рис.
6.!4, б. Устройства СВЧ с ферритами могут быть разделены на две группы. В первую группу выделяют невзаииные устройства — вентили, гираторы и циркуляторы, условные графические обозначения и идеальные матрицы рассеяния которых приведены и табл. 6.1. ТИлиццдг Вентиль — четырехполюсник, пропускающий волну в одном направлении почти без отражения и без ослабления, но поглощающий волну, распространяющуюся в противоположном направлении. Вентили применяются для защиты генераторов СВЧ от изменений сопротивления нагрузки, для построения развязывающих цепей, в качестве элементов измерительных установок. Гиратор — невзаимный фазосдвигатель (т.
е. нерегулируемый фазовращатель)„фазы коэффициентов передачи которого в прямом и обратном направлениях различаются на 180'. Гираторы применяются как базовые элементы в более сложных невзаимных устройствах. Пирнулятор †согласованн недиссипативный невзаимный многополюсннк, в котором передача мощности происходит в одном направлении с входа l на вход 2, с входа 2 на вход Л и т. д.
Чаще других применяются 6-полюсные н 6-полюсные циркуляторы, например для одновременного использования общей антенны на передачу и на прием; они используются также в параметрических усилителях, схемах сложения мопхностей генераторов и т. д. Во вторую группу ферритовых устройств выделяют управляю- и(ие устройства — фазовращатели, выключатели, коммутаторы, перестраиваемые фильтры. Изменение характеристик таких устройств производится регулированием или переключением тока в управляющих обмотках.
Существуют также ферритовые устройства с магнитной памятью, перестройка которых производится подачей одиночных импульсов тока в управляющие обмотки. Подавляющее большинство ферритовых устройств предназначено для сантиметрового диапазона длин волн. Использование феррнтов на миллиметровых волнах также возможно„однако связано с трудностями получения нужных параметров ферритовых материалов н сложностью создания сильных управляющих магнитных полей повышенной напряженности.
Основными достоинствами ферритовых устройств являются возможность работы при высоких уровнях мощности и нечувствительность к кратковременным перегрузкам. Недостатки вызваны зависимостью характеристик ферритовых образцов от температуры и трудностями получения высокого быстродействия из-за инерционности управляющих магнитных систем. 4 Я.в. ИЕЕЗАИМИЫЕ И УЙРАВЛЯ$0ЩИЕ УСТРОЙСТВА С ФЕРРИТАИИ Устройства иа основе эффекта Фарадея. Эффектом Фарадея называют явление поворота плоскости поляризации линейно поляризованной волны при ее распространении в гиротропной среде.
Эффект Фарадея наблюдается при совпадении направления распространения волны с направлением поля подмагннчивання. Известно, что линейно поляризованная электромагнитная волна может быть представлена суммой двух волн круговой поляризации с противоположными направлениями вращения. Для каждой из этих волн феррит представляет изотропную среду с магнитными проницаемостями р+ н и . В подмагниченном феррите волны с круговой поляризацией имеют различные коэффициенты фазы Р+ — — и УгР+ и Р =м) гР, причем И+<и и ~+(й (точка а на рис.
6.14,б). При прохождении участка феррита длиной ( фазовые набеги волн с круговой поляризацией р+( и (~ ( различны, вследствие чего линейно поляризованный вектор напряженности суммарного поля Е на выходе участка феррита окажется повернутым на угол 0= (() — ~~)(/2 по часовой стрелке, если смотреть по направлению силовых линий поля подмагничивания Нь Важно заметить, что угол поворота плоскости поляризации 6 не зависит от направления распространения волны (по вектору Нв или против него) и именно этим объясняется невзаимность эффекта Фарадея. Эффект Фарадея успешно исполь- зуют в вентилях и цнркуляторах на основе круглого или квадратного волноводов, пропускающих волны с любой поляризацией. Вентиль на эффекте Фарадея (рис. 6.15, а) состоит из отрезка круглого волновода с ферритовым стержнем 1, расположенным по оси, и внешнего соленоида 4, создающего продольное поле подмагничивания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
