10.2. Ферритовые устройства на эффекте Фарадея

176

вода, и внешнего соленоида, который образует продольное поле подмагничивания. С обоих боков круглый волновод заканчивается плавными переходами к прямоугольным волноводам. Посредине переходов параллельно широким стенкам входного и выходного прямоугольного волновода установлены поглощающие пластины. Выходной прямоугольный волновод повернут по отношению к входному на угол 45°. Волна прямоугольного волновода Н10, которая подана на вход І, не испытывая ослабления в поглощающей пластине, трансформируется в волну Н11 круглого волновода с вертикальной поляризацией электрического поля. Диаметр, длина ферритового стержня и напряженность поля подмагничивания выбираются так, чтобы плоскость поляризации волны при распространении вдоль отрезка круглого волновода с ферритом поворачивалась по часовой стрелке на 45°. Тогда волна без потерь проходит через переход с поглощающей пластиной в выходной прямоугольный волновод, узкие стенки которого оказываются параллельными вектору электрического поля (рис.10.7,б). Для уменьшения отражения концы ферритового стержня и поглощающих пластин заостряют.

Отраженная волна, поступающая на вход ІІ (рис.10.7,в), без ослабления трансформируется в волну Н11 круглого волновода. При распространении на участке с ферритовым стержнем плоскость поляризации волны поворачивается по часовой стрелке на 45°. На выходе круглого волновода с ферритом вектор электрического поля оказывается параллельным широким стенкам прямоугольного волновода входа І и поглощающей пластине. На вход І волна не проходит и вся мощность, которую она переносит, рассеивается в поглощающей пластине.

Реальные вентили характеризуются потерями L = −20lg s21 , затуханием

которой указанные параметры не хуже заданных.

Наиболее часто фарадеевские вентили, благодаря простоте конструкции, используются в миллиметровом диапазоне. Для таких вентилей потери составляют около 1 дБ, развязка – не менее 20 дБ, КСВ не превышает 1,2. Напряженность поля подмагничивания лежит в границах 10 – 15 Э.

Если в устройстве, показанном на рис.10.7, заменить поглощающие пластины на дополнительные ответвления прямоугольных волноводов, то получим четырехплечий циркулятор. Циркулятор (англ. – circulator)– это согласованный невзаимный многополюсник СВЧ, в котором передача мощности осуществляется в одном направлении со строгим порядком передачи между плечами. Идеальная матрица рассеивания четырехплечего циркулятора с порядком передачи между плечами 1–2–3–4–1 имеет вид

177

Поляризационный циркулятор схематически изображен на рис.10.8,а. При возбуждении плеча 1 (рис.10.8,б) СВЧ мощность проходит в плечо 2 как и в фарадеевском вентиле, а боковые плечи 3 и 4 не возбуждаются. Если мощность подается в плечо 2 (рис.10.8,в), то после прохождения отрезка круглого волновода с ферритом плоскость поляризации волны поворачивается на 45° по часовой стрелке, а результирующее поле с горизонтальной поляризацией возбуждает плечо 3 и не во збуждает плечо 1. Поданная в плечо 3 мощность (рис.10.8,г) порождает в круглом волноводе волну с горизонтальной поляризацией, которая

вплечо 1 не проходит. При распространении в отрезке волновода с ферритом плоскость поляризации этой волны поворачивается на 45° и вектор электрического поля оказывается параллельным широким стенкам волновода плеча 2, которое не возбуждается, и мощность проходит в плечо 4. При подаче мощности

вплечо 4 (рис.10.8,д) в круглом волноводе возбуждается волна с вектором электрического поля параллельным широким стенкам волновода плеча 2, которое не возбуждается. При распространении влево по отрезку волновода с фер-

кулятор и фарадеевский вентиль превращаются в электрически управляемые коммутатор и выключатель.

Основным недостатком поляризационного циркулятора является низкая допустимая мощность, поскольку затруднен эффективный теплоотвод для ферритового стержня.

10.3. Вентили с поперечно подмагниченным ферритом

Так называемый резонансный вентиль (англ. – resonance isolator) содержит подмагниченную ферритовую пластину, которая расположена в плоскости прямоугольного волновода, где магнитное поле имеет круговую поляризацию (рис.10.10,а). Поперечное поле подмагничивания создается постоянным магнитом. Величина этого поля подобрана равной полю гиромагнитного резонанса для правополяризованной волны. Падающая волна, при которой в феррите будет левополяризованное поле, проходит вентиль с незначительным ослаблением. Отраженная волна, при распространении которой в феррите будет правопо-