12.5. 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

Д

Рис. 12. 5

ля 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 р

Рис. 12. 6

ассматривать 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.

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 б

Рис. 12. 8

удет равна _.

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

Рис. 12. 9