12. 4. Ферритовые устройства на основе круглого волновода

В

Рис. 12. 4

круглом волноводе ферритовый элемент представляет собой круглый ферритовый стержень с заостренными концами (для лучшего согласования) диаметром в несколько раз меньше диаметра волновода, расположенный на его осевой линии. Продольное постоянное магнитное поле, намагничивающее феррит создается обмоткой, намотанной на внешней поверхности волновода. Первым невзаимным устройством СВЧ был вентиль, использующий поле с круговой поляризацией. Пусть ось волновода направлена вдоль оси , магнитное поле направлено вдоль ферритового элемента и обеспечивает значение . Если в волноводе распространяется волна с левовращающейся поляризацией, то она не взаимодействует с ферритом. Отраженная от нагрузки волна (по отношению к оси ) является правовращающейся и поэтому поглощается ферритом. Недостатком такого вентиля является невозможность отвода тепла от ферритового элемента. Более совершенным устройством является вентиль, использующий эффект Фарадея (ЭФ)(поворот плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны). Такая волна есть сумма двух волн с круговой поляризацией с противоположными направлениями вращения. Попадая в ферритовый элемент, эти волны по-разному взаимодействуют с ним. Пусть . Тогда и для правовращающейся волны феррит представляется более плотной средой. Для левовращающейся волны . Следовательно, при прохождении области волновода с ферритовым элементом первая волна наберет сдвиг фаз больше чем вторая, и вектор ее поля повернется на больший угол. При выходе из этой области суммарный вектор линейно поляризованного поля повернется относительно своего положения на входе. На рис. 12. 4 изображен четырехплечный циркулятор на ЭФ.

МР его равна . Если убрать плечо 4, то МР изменится: и получим вентиль, пропускающий волну из плеча 1 в плечо 2 и гасящий волну, поступающую в плечо 2. Волна Н₁₀ из плеча 1 через переход от прямоугольного волновода к круглому, возбуждает в последнем волну Н₁₁, магнитное поле которой направлено поперек отверстия прямоугольного волновода плеча 3 (внутри которого находится поглощающая нагрузка) и не может возбудить в нем волну Н₁₀. Далее волна Н₁₁ поступает в волновод с ферритом, ее плоскость поляризации поворачивается против часовой стрелки на 45° и проходит в плечо 2. Обратная волна из плеча 2 (она движется против направления подмагничивающего поля ) поворачивается против часовой стрелки еще на 45°, возбуждает плечо 3 за счет своего продольного магнитного поля и поглощается согласованной нагрузкой. На основе ЭФ можно создать амплитудный модулятор. Для этого повернем плечо 2 на 90° против часовой стрелки и будем питать обмотку соленоида модулирующим сигналом. Поворот плоскости поляризации пропорционален этому сигналу. Пусть при максимальном его уровне угол поворота равен 90° и волна полностью проходит в плечо 2. При меньшем уровне проходит только часть энергии волны (вектор поперечной составляющей Н раскладывается на составляющие параллельные и перпендикулярные широкой стенке волновода плеча 2 и последние не могут его возбудить), непрошедшая энергия отражается и поглощается в плече 3.