Электромагнитные поля и волны. Часть 2 (Направляющие системы СВЧ-диапазона. Регулярные волноводы. Колебательные системы СВЧ. Общая теория цепей СВЧ), страница 27

Рисунок 6.6

Наиболее экономичными по затратам энергии на управление являются ФВ с замкнутой магнитной цепью в виде тороида, обладающие магнитной памятью. В таких ФВ изменение намагниченности феррита и вносимого сдвига осуществляется короткими импульсами тока в управляющей цепи, по окончании которых фазовый сдвиг остается неизменным в течении длительного времени. На рисунке 6.6а представлена конструкция невзаимного ФВ с замкнутой магнитной цепью. В волновод вставляется несколько секций с различным фазовым сдвигом, включая некоторые из них, или вместе можно получить нужный фазовый сдвиг.

На рисунке 6.6,а: 1-управляющая цепь, 2-тороидальный ферритовый сердечник, с прямоугольной петлей гистерезиса, 3-прямоугольный волновод.

На рисунке 6.6,б изображен ФВ с незамкнутой магнитной цепью. В прямоугольном волноводе размещается ферритовый стержень с заостренными концами для лучшего согласования. Снаружи размещается обмотка электромагнита, создающего продольное магнитное поле. Изменяя ток подмагничивания, регулируют фазовый сдвиг.

6.3 Ферритовые циркуляторы

Ферритовый циркулятор (ФЦ), это трех или четырех плечевое устройство СВЧ, в котором ЭМВ движется по кругу, то есть (1-2-3-4-1) из первого плеча попадет только во второе, из второго в третье и т. д. Рассмотрим Y – циркулятор, который представляет собой Н – плоскостное Y – сочленение прямоугольных волноводов, в центре которого помещен ферритовый цилиндр (рисунок 6.7).

Рисунок 6.7

Все плечи ФЦ рассчитаны на одноволновый режим работы на волне Н₁₀. Ферритовый цилиндр намагничен поперечно. Принцип действия Y-циркулятора заключается в следующем. В плечо 1 подается волна Н₁₀, на цилиндре в результате дифракции возникают две волны, огибающие цилиндр в разных направлениях. Намагниченный цилиндр является анизотропной средой и магнитная проницаемость для этих двух волн будет различной, будут отличатся и их коэффициенты фаз и фазовые скорости. Эти волны, проходят одинаковый путь l, вдоль поверхности цилиндра получат разный фазовый сдвиг  и . В результате на поверхности цилиндра установится стоячая волна.

При заданной частоте, путем подбора марки феррита и его диаметра можно добиться, чтобы по окружности цилиндра укладывалась одна волна с двумя узлами. Положение узлов и пучностей зависит от , величину которого подбирают так чтобы один из узлов стоячей волны напряженности электрического поля располагался напротив плеча 3, а пучность напротив плеча 2, тогда плечо 2 возбудится, а плечо 3 нет.

Таким образом из плеча 1 волна выйдет в плечо 2. Циркуляция волны будет такой 1-2-3-1.

Основными параметрами реальных циркуляторов являются: развязка L_раз=10lg(Р₂/Р₃)[дБ], вносимые потери L_вн=10lg(Р₁/Р₂)[дБ] и согласование со стороны каждого плеча , характеризуемое величиной К_св. Обычно L_раз>20дБ в полосе 3…5% от средней частоты f₀. Для расширения полосы частот на ферритовый цилиндр надевают диэлектрическое кольцо.

Невзаимные фазовращатели в сочетании с волноводными мостами позволяют строить фазовые циркуляторы на четыре входа по схеме (рисунок 6.8).

Рисунок 6.8

Два моста (двойной волноводный Т – мост 2 и щелевой волноводный мост 1) соединяются последовательно. Между ними в каналах А и В размещаются невзаимные фазосдвигатели, образованные одинаковыми ферритовыми пластинами 5 и 6 расположенными вблизи общей узкой стенки волноводных каналов и поперечно намагниченные от общего постоянного магнита. Циркуляция волны идет в последовательности 1-2-3-4-1. Пусть мощность Н₁₀ подается в плечо 1 циркулятора, плечо 1 является Н – плечом двойного волноводного моста 2. В каналах А и В будут возбуждаться равноамплитудные синфазные волны. Проходя ферритовую пластинку 5 волна А отстанет на угол π/2 относительно волны в канале В. Проходя щелевой мост 1 волна В отстанет на угол π/2 и в плече 2 циркулятора волны А и В суммируются в фазе. В плече 4 циркулятора волны А и В суммируются в противофазе и компенсируют друг друга. Волна А на входе щелевого моста 1 отставала на π/2, проходя мост 1 она еще отстанет на π/2 – итого будет сдвиг между волнами А и В в плече 4 равен π. Из плеча 2 волна выйдет в плечо 3 по следующей причине: проходя щелевой мост волна на входе канала В получит сдвиг π/2, проходя ферритовую пластинку 6 получит еще сдвиг π/2, и в результате двойной волноводный мост возбуждается равноамплитудными, но противофазными волнами и их сумма выходит в Е – плечо 3. При возбуждении циркулятора в 3 плечо вся мощность суммируется в фазе в плече 4, так как Т – мост дает сдвиг равный  π, плюс фазосдвигатель 5 дает π/2, плюс щелевой мост π/2, итого 2π, то есть в фазе в плече 4.