3.2.7.6 Циркулятор, основанный на использовании эффекта Фарадея

Эскиз циркулятора, основанного на эффекте Фарадея, показан на рис. 7.15.Плечо 1 представляет собой прямоугольный волновод, плавно переходящий в круглый. При этом волна типа Н₁₀ в плече 1 преобразуется в волну типа Н ₁₁ круглого волновода. Плечо 3 также представляет собой прямоугольный волновод, расположенный под углом 90⁰ к прямоуголному волноводу в плече 1 и связанный с круглым волноводом через отверстие связи. Поскольку при возбуждении плеча 1 вектор электрического поля в круглом волноводе оказывается ориентированным паралллельно оси волновода в плече 3, то энергия из плеча 1 в плечо 3 не ответвляется и поступает на вход секции волновода с продольно намагнитченным ферритовым стержнем, параметры которого подбираются таким образом, чтобы плоскость поляризации волны, прошедшей через отрезок волновода с ферритом, повернулась на 45⁰. Если вектор постоянного магнитного поля ориентирован в направлении от плеча 1 к плечу 2, то плоскость поляризации повернется на угол 45⁰

Рис.7.15

по часовой стрелке, если смотреть вдоль вектора постоянного магнитного поля. Плечи 2 и 4 на выходе циркулятора выполнены аналогично плечам 1 и 3. Однако секция с плечами 2 и 4 повернута вокруг оси круглого волновода на 45⁰ относительно аналогичной секции с плечами 1 и 3 (рис. 7.15). Поэтому вектор электрического поля волны на выходе круглого волновода с ферритом оказывается ориетированным вдоль оси волновода в плече 4 и перпендикулярно широким стенкам волновода в плече 2. При этом плечо 4 не возбуждается, поскольку при такой ориентации вектора Е в плече 4 невозможно возбуждение волны типа Н₁₀, и вся энергия волны поступает на вход плеча 2.

При возбуждении же плеча 2 на выходе отрезка волновода с ферритом плоскость поляризации волнытипа Н₁₁ окажется повернутой на 45⁰ относительно исходного положения. Поскольку направление поворота плоскости поляризации не зависит от направления движения волны, то плоскость поляризации повернется на 45⁰ по часовой стрелке и окажется поляризованной горизонтально. Это происходит потому, что плечо 2 повернуто на 45⁰ по часовой стрелке и плоскость поляризации волны поавернется в ту же сторону еще на 45⁰. В результате вектор электрического поля оказывается ориентированным параллельно широким стенкам в плече 1 и перпедикулсрно узким стенкам в плече 3. При такой ориентации вектора Е энергия волны Н₁₀ полностью поступает в плечо 3. Аналогичным образом можно показать, что из плеча 3 волна поступает в плечо 4, аиз 4- в плечо 1. Это свойство характерно для четырехплечего циркулятора. Изменение ориентации внешнего магнитного поля влечет за собой изменение направления циркуляции.

3.2.7.7Фазовый цирку­лятор

Основным элементом фазовых циркуляторов является невзаимный фазовращатель, представляющий собой отрезок прямоугольного волновода с тонкой ферритовой пластиной, помещенной, как и в случае резонансного вентиля, в сечении, где вектор магнитного поля волны типа Н₁₀имеет круговую поляризацию.Однако напряженность внешнего магнитного поля Н₀ выбирается так, чтобы избежать значительного поглощения энергии волны в феррите. При этом намагниченный феррит, как было показано ранее, по отношению к волнам и ведет себя как среда с различной магнитной проницаемостью. В результате коэффициенты распространения прямой и обратной волн в таком волноводе оказываются различными. Если длина отрезка волновода с ферритом равна l, то волна с поляризацией , пройдя этот отрезок, получит фазовый сдвиг

а волна с поляризацией

Разность фаз равная

называется невзаимным фазовым слвигом. Во взаимных устройствах

Невзаимные фазовращатели в сочетании с волноводными мостами дают возможность реализовать различные типы циркуляторов. Рассмотрим одну из возможных схем: фазовый циркулятор на двух щелевых мостах (рис. 7.16 ). Направление подмагничивания осуществляется перпендикулярно широким стенкам волновода. При

Рис.7.16

возбужденииплеча 1 энергия электромагнитной волны первым щелевым мостом делится пополам. Волны с равной амплитудой поступают на вход волновода с диэлектрической пластиной и вход волновода с намагниченной ферритовой пластиной. Сдвиг фаз между этими полями равен 90⁰. Параметры ферритовой пластины подбираются таким образом, чтобы величина невзаимного фазового сдвига была равна 180⁰, т. е.

Размеры диэлектрической пластины, ее параметры и расположение в волноводе выбираются из условия, чтобы фазовый сдвиг, получаемый волной в отрезке волновода с диэлектриком, был равен

При этом на вход второго щелевого моста поступают две волны со сдвигом фазы в 90⁰ и равной амлитуды. В результате вся энергия проходит в плечо 2, так как сдвиг фаз между полями, возбуждаемыми в плече 4, получается равным 180⁰.

Если возбудить волну Н₁₀ на входе плеча 2, то вся энергия поступит в плечо 3, поскольку, проходя отрезок волновода с ферритом, волна приобретает фазовый сдвиг на 180⁰ больший, чем в отрезке волновода с диэлектриком. Рссуждая таким же образом, можно убедиться, что сигнал проходит через циркулятор в последовательности 1- 2- 3- 4- 1.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните свойства двойного волноводного тройника, запишите его матрицу рассеяния.

2. Расскажите о работе кольцевого моста.

3. Определите характеристики направленного ответвителя и их зависимость от длины волны. Каковы особенности конструкции широкополосного направленного ответвителя.

4. Изобразите конструкцию квадратного моста и поясните принцип его работы.

5. Что из себя представляет щелевой мост, с какой целью он используется? Назовите его основные характеристики.

6. Каков принцип работы циркулятора, работающего на эффекте Фарадея.

7. Конструкция и принцип работы фазового циркулятора.