![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Ферритовый циркулятор – это многополюсник, в котором движение потока энергии происходит в строго определённом направлении, зависящем от ориентации постоянного магнитного поля. Циркуляторы используются при одновременной работе приёмника и передатчика на одну антенну, незаменимы в параметрических усилителях и пр.
Основными параметрами циркулятора в рабочей полосе частот являются величина развязки между плечами циркулятора и коэффициент бегущей волны в волноводном тракте, нагруженном на циркулятор.
Величина развязки между плечами циркулятора определяется как отношение мощности на выходе соответствующего плеча к мощности на входе циркулятора. Величина развязки обычно выражается в дБ.
На практике используют Y -циркуляторы, фазовые циркуляторы, циркуляторы на эффекте Фарадея.
С.10.1. Y-циркулятор
![]() |
Рассмотрим такое разветвление, когда в его центре помещен намагниченный ферритовый цилиндр.
Пусть на вход 1 циркулятора поступает волна основного типа . В результате дифракции, которую испытывает эта волна на ферритовом цилиндре, в плечи 2 и 3 циркулятора приходят по две волны, которые проходят разной длины пути, огибая феррит с разных сторон.
Можно подобрать размеры и параметры феррита, а также величину постоянного магнитного поля так, чтобы электромагнитные волны и
в плече 2 складывались синфазно, а волны
и
в плече 3 – противофазно, т.е. вычитались. В этом случае в плечо 3 энергия не поступает. Говорят, что плечо 3 развязано с входным плечом 1. Если теперь питание циркулятора производить со стороны плеча 2, то в согласованной нагрузке плеча 3 мощность будем выделяться, в в нагрузке плеча 1 мощности не будет.
В зависимости от направления постоянного магнитного поля движение потока энергии будет происходить или в направлении 1 – 2 – 3 (рис. С.9,а), или в обратном, т.е. в направлении 1 – 3 – 2 (рис. С.9,б). Изменение направления движения потока энергии осуществляется изменением направления намагничивающего поля.
С.10.2. Фазовый циркулятор
Рассмотрим фазовый циркулятор на двух щелевых мостах, который широко применяется в технике СВЧ (см. рис. С.10). Этот циркулятор состоит из двух прямоугольных волноводов, связанных между собой двумя щелевыми мостами. В одном волноводе помещена ферритовая пластинка (в постоянном магнитном поле Н0), а в другом диэлектрическая пластинка. Параметры ферритовой пластинки и величина постоянного магнитного поля выбраны так, что она обеспечивает сдвиг фаз равный
, если волна распространяется из плеча 1 в направлении плеча 4. Если волна распространяется в обратном направлении, то ферритовая пластинка обеспечивает сдвиг фаз равный
. Диэлектрическая пластинка, расположенная в другом волноводе обеспечивает одинаковый сдвиг фаз
для волн разных направлений.
При возбуждении плеча 1 энергия электромагнитной волны делится пополам первым щелевым мостом. Волны с одинаковой амплитудой поступают на вход волновода с ферритовой и диэлектрической пластинами. Рассмотрим дальнейшее «движение» этих волн.
Одна волна, распространяясь в волноводе с ферритовой пластиной, приобретает дополнительный сдвиг фаз , затем делиться вторым щелевым мостом пополам и поступает в плечи 4 и 2. Волна, поступающая в плечо 2, приобретает при переходе через отверстие связи щелевого моста еще один дополнительный сдвиг фаз
(см. свойства щелевого моста).
Другая волна, распространяясь в волноводе с диэлектрической пластиной, приобретает дополнительный сдвиг фаз , затем делиться вторым щелевым мостом пополам и поступает в плечи 4 и 2. Волна, поступающая в плечо 4, приобретает еще один дополнительный сдвиг фаз
.
Таким образом, в плечи 2 и 4 поступает по две волны с одинаковой амплитудой и различными фазами. При этом фазы волн в плече 2 совпадают, а фазы волн в плече 4 отличаются на (за счет изменения фаз при переходе через отверстия связи двух щелевых мостов). В нагрузке плеча 2 выделяется мощность, а в нагрузке плеча 4 мощность не выделяется. Из свойств щелевого моста следует, что в нагрузке плеча 3 мощность не выделяется.
Рассмотрим теперь, как распределяется мощность между плечами 1, 3 и 4 при питании моста со стороны плеча 2. Из свойств щелевого моста следует, что в этом случае в нагрузке плеча 4 мощность не выделяется.
При возбуждении плеча 2 энергия электромагнитной волны делится пополам вторым щелевым мостом. Волны с одинаковой амплитудой поступают на вход волновода с ферритовой и диэлектрической пластинами.
Одна волна, распространяясь в волноводе с диэлектрической пластиной, приобретает дополнительный сдвиг фаз , затем делиться первым щелевым мостом пополам и поступает в плечи 1 и 3. Волна, поступающая в плечо 1, приобретает еще один дополнительный сдвиг фаз
(на отверстии первого щелевого моста).
Вторая волна, распространяясь в волноводе с ферритовой пластиной, приобретает дополнительные сдвиги фаз (на отверстии второго щелевого моста) и
(на ферритовой пластине), затем делиться вторым щелевым мостом пополам и поступает в плечи 1 и 3. Волна, поступающая в плечо 3, приобретает при переходе через отверстие связи щелевого моста еще один дополнительный сдвиг фаз
.
Таким образом, в плечи 1 и 3 поступает по две волны с одинаковой амплитудой и различными фазами. При этом фазы волн в плече 3 совпадают, а фазы волн в плече 1 отличаются на . В нагрузке плеча 3 выделяется мощность, а в нагрузке плеча 1 мощность не выделяется.
Аналогично можно показать, что при питании циркулятора со стороны плеча 3 мощность выделяется только в нагрузке плеча 4, а из плеча 4 мощность поступает только в нагрузку плеча 1.
Таким образом, движение потока энергии в приведенном фазовом циркуляторе будет происходить в направлении 1–2–3-4.
С.10.3 Циркулятор на эффекте Фарадея
Рассмотрим циркулятор на эффекте Фарадея, эскиз которого представлен на рис. С.11,а. Этот циркулятор состоит из прямоугольных волноводов 1, 2, 3 и 4, а также отрезка круглого волновода, внутри которого расположен ферритовый стержень. Волноводы работают в одволновом режиме. Вокруг круглого волновода расположена магнитная система (соленоид с током или цилиндрический постоянный магнит), который создает магнитное поле, ориентированное вдоль оси ферритового стержня. При этом в феррите имеет место эффект Фарадея. Прямоугольные волноводы 2 и 4 повернуты вокруг оси круглого волновода относительно волноводов 1 и 3 на 45о по часовой стрелке, если смотреть в направлении от плеча 1 к плечу 2. Постоянное магнитное поле и длина ферритового стержня подобраны так, чтобы вектор волны Н11 при ее прохождении вдоль ферритового стержня, поворачивался на 45о вокруг оси волновода в том же направлении. В соответствии с невзаимностью это направление не зависит от направления движения волны.
Пусть в волновод 1 поступает волна Н 10. Эта волна преобразуется в волну Н 11 круглого волновода, которая, проходя по круглому волноводу, изменяет свою структуру за счет эффекта Фарадея (ее плоскость поляризации поворачивается на 45о). Вектор этой волны становится перпендикулярным широкой стенке волновода 2 и возбуждает в нем волну Н 10. При этом в волноводах 3 и 4 могли бы возбудиться волны класса Е; однако, поскольку волноводы являются одноволновыми, этого не происходит.
При поступлении волны Н 10 в плечо 2 и распространении волны Н 11 в круглом волноводе справа налево происходит поворот вектора
волны Н 11 на 45о по часовой, в результате которого создаются условия для полного прохождения волны в плечо 3 (см. рис. С.11,б). Рассуждая аналогичным образом, нетрудно видеть, что волна из плеча 3 проходит в плечо 4, а из плеча 4 – в плечо 1 (см. рис. С.11,б).
При изменении направления постоянного магнитного поля феррит поворачивает вектор волны Н11 на 45о против часовой стрелки, если смотреть в направлении от плеча 1 к плечу 2 (поворот происходит по часовой стрелке относительно направления постоянного магнитного поля). В результате этого рассмотренная выше коммутация плеч
заменяется на обратную
. Это обстоятельство используется для создания быстродействующих переключателей, управляемых изменением направления тока соленоида. В качестве переключателя может быть использован рассмотренный циркулятор (без плеча 3), у которого направление передачи
изменяется на направление
при изменении направления тока в соленоиде. Такой переключатель осуществляет переключение каналов за время около 0,15 мкс.
Достоинством невзаимных ферритовых устройств, использующих эффект Фарадея, является малая величина намагничивающего поля. Основными недостатками таких устройств являются сравнительная сложность конструкции, большие габариты, трудности при согласовании волноводов 3 и 4 с круглым, необходимость применения длинных соленоидов.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 1227 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!