Ферритовые устройства на основе прямоугольного волновода

В прямоугольном волноводе с волной основного типа Н₁₀ магнитное поле имеет две составляющие: , (раздел 6. 2.). Эти составляющие сдвинуты во времени на 90° и в произвольной точке имеют эллиптическую поляризацию. Найдем значение , при котором поляризация будет круговой. Приравняем модули обоих выражений и получим или и . Из раздела 6. 2 , откуда

Для стандартного волновода трехсантиметрового диапазона и . Таким образом, примерно можно считать, что . В этих сечениях магнитное поле поляризовано по кругу и вращается в противоположных направлениях. Для волны, движущейся в обратном направлении, направление вращения меняется на противоположное. В отличие от продольного резонанса (волна движется в направлении намагничивающего феррит поля) при поперечном (по отношении к направлению этого поля) движении волны величина резонансного поля будет равна . Здесь значение резонансного поля при продольном намагничивании, постоянная составляющая вектора намагниченности феррита. Рассмотрим конструкцию резонансного вентиля на прямоугольном волноводе рис. 12. 5. Пластинка феррита наклеена на пластинку диэлектрика с большим и намагничена полем с помощью постоянного магнита. Направление намагничения выбрано так, чтобы прямая волна не взаимодействовала с ферритом. У обратной (отраженной) волны направления вращения вектора магнитного поля будет противоположным, что приведет к ее поглощению ферритовой пластинкой. Недостатком такого вентиля является невозможность эффективного отвода тепла, выделяющегося в феррите, что ограничивает допустимую мощность СВЧ сигнала. Другой реализацией вентиля на основе прямоугольного волновода является вентиль на смещении поля (рис. 12.6). Значение подмагничивающего поля Н₀ выбирается таким, что для обратной волны и поле на проникает внутрь феррита и распространяется по обе его стороны. Для прямой волны и феррит можно рассматривать как диэлектрик. Подбором толщины ферритовой пластинки и намагничивающего поля можно обеспечить распределение поля, показанное пунктиром. Оно имеет минимальное значения в месте расположения пластинки. Обратная волна в этом месте имеет максимум. Если на поверхность феррита наклеить слой поглотителя, то прямая волна пройдет без ослабления, а обратная поглотиться. Реальная конструкция такого вентиля показана на рис. 12.7.

Здесь, кроме ферритовой пластинки со слоем поглотителя иснользована вставка из диэлектрика, упрощающая задаче получения нужной конфигурации поля прямой волны.

Рассмотрим теперь еще одно невзаимное устройство – трехплечный циркулятор на основе Y сочленения трех прямоугольных волноводов (в плоскости широкой стенки). Если плечи расположены симметрично (углы между осями соседних плечей равны 120°) то МР такого соединения будет равна и все плечи оказываются связанными. Если в центре сочленения поместить ферритовый цилиндр и намагнитить его перпендикулярно плоскости сочленения, то волна Н₁₀ из одного из плечей (Р₁), падая на цилиндр, возбудит в нем две волны с круговой поляризацией, векторы которых вращаются в противоположных направлениях. Подбирая размеры цилиндра и значение подмагничивающего поля можно добиться того, что результирующее магнитное поле будет иметь форму двух петель (рис. 12. 8), одна из которых связана с возбуждающим плечом Р₁, а вторая – с плечом Р₂. По существу ферритовый элемент можно рассматривать как цилиндрический ферродиэлектрический резонатор, в котором возбуждено поле типа Н₁₂₀. Если поменять направление намагничивающего поля Н₀, то плечо Р₁ будет связано с плечом Р₃. Тогда МР циркулятора будет равна _.

Для улучшения согласования волноводов с ферритом на последний надевают диэлектрическое кольцо (рис. 12. 9).

Дата добавления: 2015-11-03