Циркуляторы

Введение.

Под сверхвысокими частотами (СВЧ) принято понимать участок электромагнитного спектра с частотами колебаний, лежащими приблизительно между 30Мгц и 3000Ггц , и с длинами волн соответственно между 10м и 0,1мм . Таким образом, диапазон СВЧ расположен между областью “обычных” радиоволн и участком инфракрасных и световых излучений.

Роль диапазона СВЧ непрерывно возрастает в связи с бурным развитием самых разнообразных областей науки и техники- радиолокации, радиоуправления, связи. Сверхвысокочастотные приборы широко используются в ракетной и атомной технике и во многих областях физических исследований. Освоение космического пространства, нарастающее использование электроники СВЧ в народном хозяйстве и медицине потребуют ещё более широкого применения техники иприборов СВЧ.

Циркуляторы .

Циркулятором в технике сверхвысоких частот принято называть многополюсник, схематически изображённый на рис 1 и отличающийся следующими важными свойствами. При подаче сигнала в плечо 1 энергия передаётся только в плечо 2 и неответвляется в другие плечи (на рис.1 плечи 3 и 4). Если энергия поступает на вход циркулятора со стороны плеча 2, то она не попадает в плечи 1 и 4, а передаётся в плечо 3. Плечо 3 в свою очередь оказывается связанным только с плечом 4. Последнее плечо (на рис. 1 - плечо 4) обеспечивает связь только с плечом 1.

Идеальный циркулятор должен обладать недиссипативными свойствами, т. е. передача сигнала между соответствующими плечами должна происходить без потерь мощности. Получить перечисленные свойства можно только с помощью невзаимных (необратимых) элементов, входящих в состав рассматриваемого восьмиполюсника.

На рис. 2 изображены две упрощённые схемы фазовых циркуляторов, использующих невзаимный фазовый сдвиг в прямоугольном волноводе, содержащем намагниченный феррит. В состав каждого из циркуляторов входят два моста, между которыми в простейшем случае расположена одна ферритовая пластинка, находящаяся в области круговой поляризации высокочастотного магнитного поля.

В отличие от резонансного вентиля, напряженность постоянного магнитного поля выбирается значительно ниже величины H орез, соответствующей условию ферромагнитного резонанса. При этом потери в феррите для обоих направлений вращения высокочастотного магнитного поля могут быть сделаны достаточно малыми. Однако ввиду различия величин активной и пассивной магнитных проницаемостей фазовые скорости волн, распространяющихся по волноводу в противоположных направлениях, также оказываются различными.

Выберем такую длину ферритовой пластины, при которой разность фазовых сдвигов в “прямом” и “обратном” направлениях составляет ровно π. Такой четырёхполюсник иногда называют гиратором. Тогда при подаче сигнала на вход 1 схемы, изображённой на рис. 2,а (т. е. в Н- плечо двойного тройника), две волны, приходящие во второй тройник и являющиеся первоначально синфазными, оказываются в противофазе ввиду сдвига на π в гираторе. С учётом свойств тройниковых разветвлений передача энергии в этом случае возможна только в Е- плечо, обозначенное цифрой 2. Таким образом, вся мощность, поданная на вход 1, поступает без потерь и отражения в плечо 2.

Если теперь подать сигнал со стороны Е- плеча второго моста (вход 2 на рис. 2,а), то две волны, поступающие справа налево в первый мост, не претерпевают относительно друг друга сдвига фаз в ферритовой секции. По свойствам Е-тройников эти волны на выходе из второго моста являлись противофазными. Поступая в первый мост, две противофазные волны обеспечивают передачу энергии только в Е-плечо, обозначенное цифрой 3.

Рассматривая движение волн из плеча 3, а затем из плеча 4, можно убедиться в полном соответствии схемы, изображённой на рис. 2,а, идеальному циркулятору (рис. 1).

Схема циркулятора изображённого на рис. 2,б, чаще применяется на практике и отличается от выше рассмотренной схемы заменой двойных тройников на щелевые мосты. Вместо одной ферритовой пластины большей частью используются две более короткие одинаковые пластины, расположенные в обоих каналах циркулятора и создающие разностный сдвиг фаз, равный π/2. В этом случае в одном из каналов включается также обычный ножевой диэлектрический фазосдвигатель, обеспечивающий взаимный фазовый сдвиг на π/2 (см. рис. 2,б).

Внешний вид одного из циркуляторов, имеющего один щелевой мост и один “свёрнутый” двойной волноводный тройник, показан на рис. 3. В четвёртом плече циркулятора в данном случае включена согласованная нагрузка. Развязка плеч циркулятора имеет обычно величину порядка 20-30 дб при вносимых потерях порядка 0,3-0,5 дб. Существуют циркуляторы, способные работать при весьма высоких импульсных и средних мощностях в полосе частот, примерно соответствующей полосе частот, используемых волноводных мостов.

Рис. 3

На рис. 4 и 5 схематически изображены два других типа ферритовых циркуляторов. В четырёхплечем устройстве, показанном на рис. 4, используется эффект Фарадея. Ферритовый стержень, находящийся в продольном постоянном магнитном поле, располагается вдоль оси круглого волновода, возбуждаемого на волне типа Н11. К этому волноводу под углами 45град подключаются четыре входа, выполненных на базе стандартных прямоугольных волноводов.

Развязка между соответствующими плечами

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать