14.2.3. Фазовращатель на продольно подмагниченном феррите
Взяв за основу конструкцию, представленную на рис.14.2 (без поглощающих пластин), можно построить взаимный фазовращатель на продольно подмагниченном феррите. Меняя поле подмагничивание в районе точки а на рис 14.1, мы меняем магнитную проницаемость феррита и, следовательно, фазовый набег на выходе фазовращателя. Однако при этом одновременно будет поворачиваться плоскость поляризации волны Н11 в круглом волноводе и для эффективной работы фазовращателя (при минимальном отражении при переходе с круглого на прямоугольный волновод) этот поворот нужно отслеживать, вращая синхронно выходной прямоугольный волновод (так чтобы вектор Е на входе этого волновода был всегда перпендикулярен его широкой стенке).
Чтобы избежать этого поворота используют два способа.
Первый состоит в том, что катушка намагничивания вдоль волновода делится на две части, с намоткой в противоположных направлениях. В результате чего при прохождении первой половины феррита плоскость поляризации поворачивается в одну сторону, а при прохождении второй настолько же в противоположную.
Второй способ состоит в том, что на входе
и выходе круглого волновода ставятся
поляризаторы. Их задача заключается в
том, чтобы превратить линейную поляризацию
на входе в круговую с правым вращением
(район т. а на рис 14.1, где
сильно зависит от поля подмагничивания),
а на выходе осуществить обратное
преобразование.
Поляризатор представляет собой плоскую диэлектрическую пластину в круглом волноводе, размещенную вдоль волновода по углом 450 к широкой стенке прямоугольного волновода. Тогда вектор линейно поляризованного поля Е можно разложить на две перпендикулярных составляющих: параллельную плоскости пластины и перпендикулярную. Часть волны с параллельной составляющей будет концентрироваться внутри пластины и испытывать замедление пропорциональное корню из эффективной диэлектрической проницаемости пластины (учитывая, что часть мощности волны распространяется вне пластины, эффективная проницаемость среды будет меньше проницаемости пластины). Волна с ортогональной к пластине поляризацией будет слабо чувствовать наличие пластины, и фазовая скорость ее изменится незначительно. Длину пластины выбирают так, чтобы на выходе их нее разность фаз ортогональных составляющих равнялась 900, что и создаст вращающееся поле. Направление вращения зависит от углового положения пластины (пластины, повернутые на 900, друг к другу дают противоположное вращение).
14.2.4. Фазовращатель Реджиа-Спенсера.
Более простую конструкцию можно получить, поместив продольно подмагниченный феррит в прямоугольный волновод. Так называемый фазовращатель Реджиа - Спенсера представляет собой ферритовый стержень 1 расположенный
Рис.14.3 Фазовращатель Реджиа - Спенсера
на оси прямоугольного волновода и намагничиваемый в продольном направлении обмоткой 2 располагаемой снаружи волновода (рис.14.3). Поскольку волновод с ферритом является запредельным для волны с вектором Е, параллельным широким стенкам, вектор Е остаетс ортогональным широкой стенке и вследствие этого эффект Фарадея не проявляется. Управляющее магнитное поле изменяет магнитную проницаемость феррита и коэффициент фазы основной волны в волноводе с ферритом.
Фазовращатель Реджиа - Спенсера взаимный и может быть создан на любую рабочую частоту в диапазоне 8—70 ГГц. Его достоинством являются простота и возможность регулировки фазы в пределах 0—360° при сравнительно слабых управляющих магнитных полях (рабочая зона район точки а на рис.14.1; ) и вносимом ослаблении мощности СВЧ 0,5—1,0 дБ. Однако фазовращатель пригоден для использования в сравнительно узкой полосе частот при уровнях средней мощности не более 0,5 кВт.
Рассмотрим некоторые особенности функционирования фазовращателя Реджиа-Спенсера, связанные с использованием магнитожёсткого феррита с памятью.
Рис. 14.4 Кривая гистерезиса магнитожесткого феррита
На рис. 4 изображена петля гистерезиса магнитожёсткого феррита. Управление фазой коэффициента передачи осуществляется путём подачи на обмотку подмагничивания феррита кратковременных импульсов тока, различной амплитуды. Первоначально подается импульс тока с амплитудой, достаточной для перевода феррита в состояние насыщения (точка 1 на рис. 14.4). После окончания импульса феррит переходит в состояние 2. Если теперь подать на обмотку импульс тока обратной полярности с амплитудой, достаточной для перехода феррита в состояние 3, то после окончания импульса состояние феррита будет характеризоваться точкой 4. Подавая на обмотку подмагничивания импульсы тока различной амплитуды, можно менять остаточную магнитную проницаемость феррита и изменять тем самым в широких пределах фазовый набег фазовращателя.