Список литературы

1. Чернушенко А.М., Петров Б.В., Малорацкий Л.Г.и др. Конструирование экранов и СВЧ устройств. – М.: Радио и связь, 1990.

2. Панорамный измеритель КСВ Р2-61 (ГКЧ-61, Я2Р-67): Техническое описание.

Лабораторная работа № 6 Исследование вентиля

Устройство, затухание которого зависит от направления движения волны через него, называют вентилем. Вентили нашли широкое применение в технике СВЧ. В частности, с помощью циркуляторов, в основе которых лежит вентиль, разделяют сигналы передатчика и приемника в радиолокаторах. С помощью вентилей осуществляют согласование. Они являются незаменимым элементом в целом ряде измерительных схем и приборов. Роль вентилей как элементов техники СВЧ трудно переоценить.

Цель работы: Ознакомиться с основными положениями и основными свойствами вентиля. Параметры вентиля. Типы вентилей применительно к дециметровому и сантиметровому диапазонам. Расчет вентиля. Изучение методов измерения вентиля. Исследование образца вентиля в дециметровом диапазоне волн.

Порядок выполнения работы:

• изучить теорию вентилей, типы вентилей. Классифицировать и описать предложенный для исследования вариант вентиля;

• изучить методы измерения вентилей, предложенные для измерения приборы и оборудование. Собрать схему измерений;

• произвести измерение параметров. Результаты измерений занести в тетрадь. Представить полученные результаты в виде таблиц и графических зависимостей;

• сформулировать выводы по работе в целом;

• защитить отчет по работе.

Теоретические сведения

Устройства СВЧ типа «вентиль» строятся на основе феррита, в котором сочетаются магнитные свойства ферромагнетика и электрические свойства диэлектрика. В постоянном магнитном поле феррит является анизотропной средой, что позволяет использовать его для различных невзаимных устройств.

На примере взаимодействия поляризованной по кругу волны можно видеть, что если направление ее вращения совпадает с прецессией магнитного момента , то угол прецессии увеличивается, его возрастание ограничивается магнитными потерями. В результате наступает режим = const, при котором энергия высокочастотного магнитного поля рассеивается в виде тепла в кристаллической структуре феррита. При этом , где = 2,21*10⁵ (м/А*с) – гиромагнитное отношение.

Рис.1

Если частоты и ₀ не совпадают, то эффект взаимодействия уменьшается и потери в феррите снижаются. В случае противоположных вращений векторов ипоглощения энергии не происходит. Величина магнитной проницаемости комплексна и можно записать выражения: ,.

Схема изменения магнитной проницаемости показана на рис.2.

Рис.2

В случае линейной поляризации (сумма левого и правого вращений) это будет

проявляться в разных фазовых скоростях для волн левого и правого вращений:

; .

Происходит поворот плоскости поляризации волн, в чем и заключается эффект Фарадея.

Зависимость параметров ферритов от наряженности внешнего магнитного поля позволяет создавать управляемые СВЧ-устройства – переключатели, модуляторы, перестраиваемые фильтры, регулируемые фазовращатели и аттенюаторы.

Волноводное устройство, вносимое затухание которого зависит от направления движения волны через него, называют вентилем. Основные характеристики вентиля: затухание волн в прямом и обратном направлениях, полоса рабочих частот, уровень согласования, допустимая мощность передачи.

Вентили могут быть различными по конструкции и принципу действия. Следует отметить следующие типы вентилей:

1. Резонансные вентили - это волноводные устройства. В основе содержат прямоугольный волновод, пронизываемый магнитным полем Н₀. В волноводе имеется ферритовая пластинка. Режим работы Н_рез. = Н₀, f = (10-15)%.

2. Вентиль со смещением поля. Дополнительно к ферритовой пластинке вводится поглотитель. Режим работы Н₀ Н_рез., f = (20-25)%.

3. Вентиль, основанный на эффекте Фарадея. Круглый волновод, вдоль оси которого расположен тонкий ферритовый стержень, намагниченный в продольном направлении Н₀: Н₀ Н_рез. При распространении Н поглощающая пластинка перпендикулярна напряженности электрического поля Е, и затухание минимально. При соответствующем выборе длины и диаметра ферритового стержня плоскость поляризации отраженной волны оказывается повернутой на 90⁰ (45⁰ в одну сторону и 45⁰ для отраженной волны). В результате отраженная волна поглощается полностью. Достоинства: мала величина Н₀, f = (15-20)%. Недостаток: сложность и громоздкость конструкции.

4. Коаксиальные вентили. Особенностью этих вентилей является необходимость искажения поперечной ТЕМ волны до появления продольной составляющей Н_z и чтобы результирующий вектор был поляризован по кругу. С этой целью коаксиальный волновод частично заполняют диэлектриком. Подбор пластины по форме и размерам позволяет обеспечить область круговой поляризации, где и размещают ферритовую пластину. Направлениедолжно быть перпендикулярно плоскости, в которой вращается вектор, а величинаН₀ должна соответствовать области ферромагнитного резонанса. В этих вентилях затухание в прямом направлении 1 – 1,5 дБ, затухание в обратном направлении 15 – 20 дБ. f определяется шириной области ферромагнитного резонанса. Ниже на рис.3. схематично представлены описанные устройства.

a б

в

г д

Рис.3

Методы измерения параметров вентиля

1. Измерение КСВ производится методом рефлектометра на приборе Р–2 –61.

Рис.4

Вентиль для измерения установить в сечение 1-1 в прямом и обратном направлениях.

2. Измерение ослабления (рис.5).

Рис.5

Вентиль для измерения установить в сечение 2-2 в прямом и обратном направлениях.

3. Результаты измерений занести в таблицу.

Таблица

Параметр

Частота, ГГц

f1

f2

f3

f4

f5

f6

f7

f8

F9

f10

КСВ

прямая

обратная

Затухание

прямая

обратная

Контрольные вопросы

1. В чем состоит отличие вентилей на эффекте Фарадея, на феррорезонансе и со смещением поля?

2. Как представить схематично вентиль со смещением поля на прямоугольном волноводе?

3. В каких частотных диапазонах используются различные вентили?

Список литературы

.

1. Конструирование экранов и СВЧ устройств / А.М. Чернушенко, Б.В. Петров, Л.Г. Малорацкий, Н.Е. Меланченко, А.С. Баньсевич – М.: Радио и связь, 1990.

2. Некоторые применения ферритов в антенно-волноводной технике. / Сборник сокращенных переводов из иностранных журналов под ред А.Л.Микаэляна. – М.: Сов. Радио, 1958.

3. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. – М.: Физматгиз, 1960.

4. Тишер Ф. Измерения на сверхвысоких частотах. – М.: Изд-во ФМЛ, 1963.

5. Панорамный измеритель КСВ и фазы типа Р2-61 (ГКЧ-61, Я2Р-67) (волноводный тракт 23х10 мм²): Техническое описание.

6. Будурис Ж., Шеневье П. Цепи сверхвысоких частот. – М.: Сов.радио, 1979.