Верхний знак (+) в формуле соответствует вектору напряжённости поля круговой поляризации с направлением вращения по часовой стрелке, если смотреть по направлению оси OY (сечение X2 ). Нижний знак (–) соответствует противоположному вращению. При этом предполагается, что электромагнитная волна распространяется в направлении оси OZ. Если направление распространения волны (или направление взгляда) изменяются на противоположное, то направление вращения вектора H в точках с координатами X1 и X2 также изменяется на противоположное.
Поместим в сечение, соответствующее координате X1, ферритовую пластину, подмагниченную постоянным магнитным полем H0, направленным по оси OY (см. рисунок). В этом случае для прямой волны в месте расположения ферритовой пластины напряжённость магнитного поля будет иметь вращение против часовой стрелки, если смотреть по направлению постоянного магнитного поля (H0 || OY), т.е. будет противоположно направлению прецессии электронов в феррите, которая всегда происходит в направлении по часовой стрелке, если смотреть по направлению постоянного магнитного поля. Ферритовая пластина будет иметь магнитную проницаемость mл , соответствующую левому вращению. Когда волна будет распространяться в противоположном направлении, в сечении X1 будет магнитная проницаемость m п , соответствующая правому направлению вращения.
Наличие разной магнитной проницаемости внутреннего заполнения волновода справа и слева от оси волновода приводит к появлению асимметрии в распределении напряжённостей поля и плотности потока мощности такого вида, как изображено на рисунке. Если в максимум напряжённости поля обратной волны поместить тонкую пластину поглотителя, то энергия поля этой волны будет поглощена, прямая волна потерпит малое поглощение. Таков принцип построения вентиля на эффекте смещения поля.
Если пластина феррита подмагничена постоянным полем такой величины, что выполняется условие ферромагнитного резонанса (частота прецессии w0=nH0 совпадает с частотой поля w,n-гиромагнитное отношение), то при совпадении направления вращения поля с направлением прецессии в феррите будет поглощаться энергия поля СВЧ. Значит, в ситуации, изображённой на рисунке, энергия прямой волны не поглощается ферритом, так как направление вращения поля левое, а энергия обратной волны поглощается. Так строятся вентили на эффекте ферромагнитного резонанса.
Сравнение принципов работы вентилей на эффекте смещения поля и ферромагнитного резонанса показывает, что вентили второго типа требуют большей магнитной системы (H0р>H0), имеют меньшую широкополосность (условие резонанса выполняется только в узкой полосе частот), но допускают работу с большими уровнями мощности, так как обратная волна поглощается не в тонкой плёнке поглотителя, а во всём объёме ферритовой пластины.
В волноводе с поперечно подмагниченным ферритом возникает невзаимный фазовый сдвиг, который позволяет построить невзаимные фазовращатели. Действительно, при прохождении прямой волны феррит имеет магнитную проницаемость mл, а при обратном направлении mп. Если пластину поглотителя не ставить, то затухание отсутствует для обоих направлений движения, однако имеется разный фазовый набег и
На эффекте смещения поля могут быть построены и циркуляторы, но они имеют габаритные размеры большие, чем у Y-циркуляторов, которые применяются значительно шире.
Y-циркулятор строится на основе симметричного 120-градусного разветвления волноводов, на оси которого размещается ферритовый цилиндр, подмагниченный поперечным полем. Волна, поступающая с какого-либо входа, разделяется на цилиндре на две равные по амплитуде поверхностные волны, огибающие феррит в противоположных направлениях. Взаимодействие этих волн с намагниченным ферритом характеризуется разными значениями магнитных проницаемостей и фазовых скоростей. Подбором диаметра цилиндра и величены подмагничивающего поля добиваются синфазного сложения волн на одном входе и противофазного на другом. Таким образом осуществляется направленная передача энергии только на один вход. Аналогично работают и четырёхвходовые X-циркуляторы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.