3.2.5.12 Невзаимные четырехполюсники. Ферритовые устройства (фазовращатели, вентили, поляризаторы и т.П.)

Ферритовые вентили.

Вентиль- это устройство- невзаимный четырехполюсник, величина вносимого затухании которого зависит от направления движения электромагнитной волны. В зависимости от конструкции, рабочего диапазона и уровня рабочей мощности потери в вентиле, в прямом направлении лежат в пределах от 0.1 до 1 дБ, в обратном - 10 Эти устройства обычно используются в качестве широкополосных согласующих устройств. При этом падающая волна, распространяющаяся от генератора к нагрузке, проходит через вентиль практически без потерь, отраженная от нагрузки, распространяющаяся в обратном направлении, почти пол-

Рис.5.25,а,б

ностью затухает в вентиле

Вентиль, основанный на явлении поперечного резонанса, часто применяется в

волноводе прямоугольного сечения, рис. 5.25,а.Для уяснения принципаработы этого вентиля, рассмотрим изменение во времени ориентации вектора магнитного поля волны типа Н₁₀ в некотором продольном сечении (например, в точках А и В,рис. 5.26) в процессе распространения электромагнитного поля вдоль оси Z волновода. При распространении волны вдоль координаты Z по мере «набега» правого на рис. 5.26 фрагмента силовых линий на точку А, а затем левого фрагмента, вектор Н будет вращаться в точке А по часовой стрелке, а в точке В- в противоположном направлении. При распространении волны в противоположном направлении картина будет обратной. Причем геометрическим местом точек, где вектор Н

Рис.5.26

за некоторое время будет изменять свою ориентацию, т. е вращаться в соответствии с круговой поляризацией, являются две продольные плоскости, параллельные узким стенкам волновода, с координатами х = х_о и х= а- х_о . Координаты xопределяются из условия равенства амплитуд х- ой и z- ой составляющих магнитного поля, сдвинутых по фазе на 90 градусов. Значение х оказывается близким к 0,25а.

Возьмем направление внешнего магнитного поля так, чтобы в точке поляризация волны совпадала с , тогда в точке она совпадет . при изменении направления распространения электромагнитной волны на противоположное все будет наоборот, т.е. изменятся направления вращения векторов. Разместим в плоскости, проходящей через точку , параллельно оси волновода ферритовую пластину (рис.4.25). Напряженность подмагничивающего поля выберем в соответствии с условиями обеспечения поперечного резонанса. Тогда для волны с поляризацией ферритовая среда- это обычный диэлектрик, поэтому волна, распространяющаяся вдоль оси Z – прямая волна, практически без потерь проходит через отрезок волновода. Напротив волна, распространяющаяся в обратном направлении, имеет поляризацию и интенсивно затухает в феррите. Изменение длины волны вызывает смещение сечений , при этом феррит оказывается не в оптимальном положении, что влечет за собой изменение прямых и обратных потерь. Для ослабления этой зависимости , в волновод вводят пластину из диэлектрика с высоким значением диэлектрической проницаемости и малыми потерями, на которую закрепляют ферритовую пластинку (рис. 5.25,б). Благодаря этому значительная часть электромагнитной энергии сосредотачивается в диэлектрике,и соответственно, в ферритовой пластине, что уменьшает зависимость структуры поля от частоты и увеличивает вентильный эффект. Изложенные принципы построения ферритовых вентилей заложены вентилях на основе коаксиальных, полосковых, Н- и П- образных волноводах.

Вентиль на эффекте смещения поляизображен на рис. 5.27. На фер-ритовую пластину наносится слой поглощающего графита. При отрицательных значениях магнитной проницаемости волна с поляризацией вытесняется из феррита и распространяется вне его. Это означает, что напряженность электрического поля волны с поляризацией в поглощающем слое будет весьма мала. Поэтому затухание энергии этой волны в вентиле незначительно. В тоже время

Рис. 5.27

энергия волны с поляризацией концентрируется в феррите, как в диэлектрике с высоким значением диэлектрической проницаемости. Напряженность электического поля этой волны у поверхности ферритовой пластины велика. Поэтому в поглощающем слое наводится ток проводимости и электромагнитное поле интенсивно поглощается.

Вес и габариты вентилей зависят в основном от веса и габаритов постоянного ма-гнита для создания внешнего подмагничивающего поля. Намагничивающее поле для создания эффекта смещения поля, меньше резонансного, поэтому вентиль, основанный на смешении поля меньше по весу и габаритам.

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите об особенностях характеристических матриц четырехполюсников .

2. Опишите конструкции и основные свойства реактивных диафрагм в прямоуголном волноводе.

3. Изобразите конструкции и поясните принцип работы переходов между различными линиями передач.

4. Объясните сущность узкополосного и широкополосного согласования с помощью реактивных элементов.

5. Расскажите о конструкциях и принципах работы аттенюаторов и фазовращателей различного типа.

6. Каковы особенности построения и расчета фильтров СВЧ. Их основные характеристики?

7. Расскажите о конструкциях фильтров, построенных на отрезках различных линий передач.

8. Какие явления в ферритах используются в устройствах СВЧ? Условия их возникновения.

9. Поясните принцип работы ферритовых вентилей, фазовращателей, циркуляторов, и переключателей, построенных на линиях передачи различного типа.