3.2.6.2. Невзаимные шестиполюсники- циркуляторы.

Невзаимным шестиполюсником- циркулятором называют ферритовое устройство , в котором движение потока энергии происходит в строго определенном направлении, зависящем от ориетации внешнего магнитного поля, намагничивающего феррит. На рис. 6.3,а изображен трехплечий циркулятор. Направление циркуляции указано стрелкой. Если электромагнитная волна подводится к плечу 1, то она поступает в плечо 2, если – в плечо 2- в плечо 3 и т.д.

Рис. 6.3,а,б

При изменении ориентации внешнего магнитного поля происходит изменение направления циркуляции на обратное.Это позволяет использовать циркуляторы в качестве быстродействующих переключателей, например в схемах резервирования (рис. 6.3.б).Рассмотрим тпринцип работы Y- циркулятора, который представляет собой симметричное Н- плоскостное сочленение трех волноводов прямоугольного сечения . В центре сочленения помещен ферритовый стержень (рис. 6.4).

Рис. 6.4

Внешнее магнитное поле, создаваемое магнитом, ориентировано вдоль оси цилиндра. Отсутствие энергии в одном из плеч циркулятора свидетельствует о том, что под влиянием ферритового элемента в сочленении устанавливается такая структураэлектромагнитного поля, при которой становится невозможным возбуждение волны типа Н₁₀ в этом плече. Процесс образования требуемой структуры поля можно описать следующим образом. Предположим, что в плече 1 Y- циркулятора возбуждена электромагнитная волна типа Н₁₀ , распространяющаяся в направлении к ферритовому стержню (рис.6.6,а), одна частьиз которой (левая) обегает ферритовый стержень по часовой стрелке, а другая (правая)- против часовой стрелки. При рассмотрении принципа работы ферритового вентиля (раздел 3.2.5.12) было показано, что направление вращения вектора магнитного поля волны в точках А и В (рис.5.26) противоположны. Поэтому магнитная проницаемость ферритового стержня для волн, обегающихего справа и слева, различна.

Это обусловливает различие в коэффициентах распространения каждой из волн, т.е. проходя один и тот же путь вдоль поверхности ферритового стержня, волны получают различный фазовый сдвиг и :

где - путь, проходимый каждой из волн вдоль поверхности ферритового стержня.

Энергия в одном из плеч циркулятора (например, плече 3) не возбудится, если правая и левая волны приходят на вход этого плеча в противофазе. В тоже время, чтобы вся энергия из плеча 1 перешла в плечо 2, правая и левая волны должныбыть синфазны на его входе. Следовательно, две бегущие на встречу друг другу по поверхности ферритового стержня волны должны образовать на его поверхности стоячую волну электрического поля, причем один из узлов поля должен быть

Рис.6.5,а,б,в

расположен напротив плеча 3, а один из пучностей- напротив плеча 2. Распределение амплитуд электрического поля, удовлетворяющее этим требованиям, изображено на рис.6.6,б. В плече 3 при такой структуре поля возбуждается волна Н₂₀, являющаяся волной высшего типа для прямоугольных волноводов, образующих Y- сочленение, что и обеспечивает отсутствие энергии в плече 3 и т.д. Если изменить направление внешнего магнитного поля, приложенного к ферритовому стержню, на противоположное, то поменяются местами волны и , при этом структура поля на поверхности ферритового стержня изменится так, что узел электрического поля совпадает с осью волновода в плече 2 (рис.6.6,в). Направление циркуляции изменится на противоположное (1-3-2-1).

Вопросы для самопроверки

1. Запишите матрицу передачи и рассеяния лля обобщенного шестиполюсника.

2. Изобразите эскизы Т- и Y- образных разветвителей расскажите об особенностях их работы.

3. Каков принцип работы Y- циркулятора?

4. Что понимают под взаимным шестиполюсником?

5. Опишите конструктивные особенности циркуляторов с использованием эффектов Фарадея и смещения поля.