2.2.8. Конструкции ферритовых фазовращателей взаимного и невзаимного типа.

Ферритовые фазовращатели могут быть взаимными и невзаимными.

Простейшая конструкция невзаимного (необратимого) фазовращателя представлена на рис. 9. Ферритовая пластина в этих устройствах располагается обычно в областях круговой высокочастотного магнитного поля.

В действительности поле может иметь и эллиптическую поляризацию, однако оптимальные результаты достигаются при круговой поляризации. Когда постоянное магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости круговой поляризации, связь между высокочастотным полем и магнитными моментами может быть сильной или слабой. Связь будет сильной в том случае, если вектор поляризации вращается в ту же сторону, куда направлена прецессии и слабая - если вектор вращается в противоположную сторону. За счет этой связи достигается сравнительно большие величины разностного фазового сдвига на единицу длины в данном объеме материала.

Невзаимный фазовращатель с одной пластиной работает недостаточно эффективно. На рис. 10 представлена конструкция с двумя ферритовыми пластинами, намагниченными в противоположных направлениях и разностный (или невзаимный) фазовый сдвиг которой будет больше, чем в случае использования одной ферритовой пластины. Дальнейшим развитием этого типа фазовра­щателя явилось устройство, в котором использовался феррит с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Такие ферриты, будучи намагниченными, со­храняют это состояние неограниченно долго и требуют затрат энергии на управление лишь при перемагничивании. При реализации управляемых устройств на ферритах с ППГ необходимо обеспечить замыкание управляющего магнитного потока внутри феррита, т.е. применяют тороидальный сердечник (рис,13).

Фазовый сдвиг обеспечивается двумя вертикальными секциями (параллельными Е-полю), а горизонтальные секции используются для образования замкнутого магнитопровода.

(рис.13)

Через отверстие в сердечнике проходит управляющая рис обмотка (провод), которая подключается к управляющему усилителю, способному вырабатывать либо положительный, либо отрицательный импульс тока. При подаче импульса тока достаточной величины возникает магнитное поле, которое переводит тороидальный сердечник в состояние насыщения (рис.14)

Рис. 14

После прохоздения импульса сердечник в зависимости от полярности остается в одном из состояний остаточной намагниченности илиа электромагнитная волна имеет соответствуйте постоянные распространенияи.

Обычно такие фазовращатели, имеют несколько ферритовых секций разной длины, Например, три секции обладающие переключаемыми фазовыми сдвигами 180°, 90° и 45° позволяют перекрыть интервал изменения фазы 0-360° с дискретом 45° (рис. 15 )

Рис. 15

Для улучшения характеристик фазовращателя устанавливают согласующие диэлектрические вставки. Заполнение отверстия в тороидальном сердечнике материалом со сравнительно высокой диэлектрической проницаемостью (=13) позволяет также значительно улучшить параметры устройства. При правильном выборе диэлектрической проницаемости, размеров сердечника и ширины волновода можно получить разностный фазовый сдвиг, не зависящий от частоты.

Типовые параметры фазовращателя:

дискретность – 22,5°

Импульсная мощность – 100 кВт

Средняя мощность – 800 Вт

Вносимые потери – I дБ

КСВ – 1,25

Взаимные фазовращатели обладают несомненным преимуществом по сравнению с невзаимными, так как не требуют переключения полярности управляющего магнитного поля при работе в приемопередающих ФАР. Это приводит значительному упрощению управления.

Простейший фазовращатель на круглом волноводе с волнойи с продольно намагниченным стержнем использует зависимость фазовой скорости волны на участке с ферритовым стержнем от напряженности поля подмагничивания (рис.16). Управляющая обмотка наматывается непосредственно на волновод. Однако в таких фазовраителях обязательно будет провялятся эффект Фарадея т.е. поворот плоскости поляризации. Если круглый волновод имеет переходы на прямоугольный, то эффект Фарадея приводит к дополнительному ослаблению проходящих колебаний, паразитной амплитудной модуляции и к нарушению согласования входов при изменении поля подмагничивания. В фазовращателе на рис.17 поворот плоскости поляризации волны на двух участках волновода с ферритовым стержнем, намагниченным в противоположных направления, происходит в разные стороны, и поляризация волны на выходе фазовращателя остается такой же, как и на его входе. С двух сторон участка круглого волновода с ферритовым стержнем установлены плавные перехода от круглого к прямоугольному. Поле подмагничивания соз­дастся двумя соленоидами, включенными встречно. При изменении величины в соленоидах изменяется поле подмагничивания и фазовый сдвиг фазовршцателя соответствии с формулой

где и- постоянные распространения левополяризованной и правополяризованной волн.

Рис. 17

Этот фазовращатель нечувствителен к поляризации проходящего сигнала.

Фазовращатель на прямоугольном волноводе с продольно намагниченным ферритом (фазовращатель Реджиа-Спенсера) представляет собой ферритовый стержень, расположенный на оси прямоугольного волновода и намагничиваемый в продольном направлении управляющей обмоткой, расположенной снаружи волновода (рис,18)

Рис. 18

Волновод с ферритом является запредельным для волны с вектором Е, параллельным широким стенкам, и вследствие этого эффект Фарадея на проявляете. Управляющее поле изменяет магнитную проницаемость феррита и, следо­вательно, фазу проходящей волны на выходе фазовращателя. Фазовращатель Реджиа-Спенсера может быть создан на любую частоту а диапазоне 43-7ОГГц. Его достоинствами являются простая конструктивная и возможность изменение фазы в пределах от 0 до 360° при сравнительно слабых управляющих полях и вносимом ослаблении СЗЧ - мощности 0,5-1дБ. Однако этот фазовращатель при­годен для использования в сравнительно узкой полосе частот при уровнях средней мощности 0,5кВт.