Автоматическая система контроля

Автоматизация технологических процессов

Исследование ферритовых Y-циркуляторов

Из ферритовых развязывающих приборов СВЧ наибольшее распространение получили вентили и циркуляторы. Вентиль является типичным двухпортовым прибором. В основе принципа действия ферритовых вентилей лежат явления поглощения энергии СВЧ волны в феррите при ферромагнитном резонансе. Принцип работы ферритового вентиля легче всего поясняется на примере волноводного прибора. В прямоугольном волноводе с волной Н01 имеются две плоскости, параллельные узким стенкам волновода, в которых СВЧ магнитное поле имеет круговую поляризацию. Направление вращения векторов СВЧ магнитного поля в этих плоскостях взаимно противоположны и изменяются на обратные при изменении направления распространения волны в волноводе. При этом в намагниченной ферритовой пластинке на частоте ферромагнитного резонанса, помещенной в плоскости с круговой поляризацией СВЧ магнитного поля возникают невзаимные потери, зависящие от направления распространения СВЧ волны. Прямая волна проходит вдоль пластины практически не возбуждая прецессии спинов, а значит и без потерь, в то время как энергия обратной волны практически полностью передается системе электронных спинов и выделяется в феррите в виде тепла.

В практике широкое распространение получили трехпортовые приборы, так называемые У-циркуляторы. Простейшая схема У-циркулятора включает в себя симметричное 3-плечее волноводное или полосковое соединение, в центре которого установлен подмагниченный круглый ферритовый вкладыш. Принцип работы прибора может быть пояснен явлением дифракции электромагнитной волны на круглом ферритовом цилиндре. Электрическое поле вне вкладыша может быть представлено суммой падающей и возбужденной во вкладыше необыкновенной волн. Амплитудное распределение суммарного поля на внешней боковой поверхности вкладыша определяется длиной волны СВЧ сигнала, диаметром вкладыша и его электрофизическими параметрами. При соответствующем подборе этих величин картина стоячих волн на боковой поверхности вкладыша приобретает вид, показанный на рис.2. Так как компоненты тензора магнитной проницаемости феррита зависят от величины подмагничивающего поля, то изменяя последнее, можно добиться того, чтобы минимум стоячей волны электрического поля соответствовал центру развязанного порта 3-плечего соединения, а в центрах входного и выходного портов амплитуды поля были приблизительно равны друг другу и максимальны (см.рис.2). В этом случае СВЧ энергия с минимальными потерями будет распространяться в направлениях, показанных на рис.2 стрелками. При изменении подмагничивающего поля по величине происходит изменение фазовых соотношений между падающей и возбужденной во вкладыше необыкновенной волной и узлы дифракционной картины смещаются по углу.

При изменении направления подмагничивающего поля на обратное распределение электрического поля на поверхности ферритового вкладыша поворачивается на 1200 в результате чего развязанное плечо становится выходным, тоже самое произойдет если возбудить циркулятор со стороны выходного плеча.

Частотные характеристики такого простого циркулятора имеют резонансный характер.

Рис.2

Матрица рассеяния идеального циркулятора имеет вид:

Нулевые диагональные элементы матрицы свидетельствуют об отсутствии отражений на портах циркулятора, т.е. его идеальном согласовании. Равенство нулю внедиагональных элементов - об идеальной развязке пар входов, равенство - об равенстве коэффициентов передачи между связанными портами в согласованном режиме. Естественно, что реальные приборы не являются идеально согласованными и симметричными и матрица S параметров не будет содержать нулевых членов, модули будут не одинаковы и меньше 1. Обычные потери в микрополосковых циркуляторах составляют величины порядка 1-2дБ.

Полосковые и микрополосковые У-циркуляторы в настоящее время являются наиболее распространенными приборами. Конструктивная схема полоскового циркулятора приведена на рис.3. Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи по теме

Многофункциональное приемопередающее устройство диапазона 433 МГц В настоящее время многие зарубежные и отечественные производители микросхем имеют в своей линейке продуктов однокристальные ресиверы или приемопередатчики с возможностью работы как с одн ...

Моделирование в системе MICRO-CAP измерительных преобразователей на основе датчиков температуры В наше время измерению температуры придается большое значение в различных отраслях промышленного производства. Температура является наиболее массовым и, зачастую, решающим параметром, ха ...

Методы снижения нелинейных искажений в тракте звуковой частоты В связи с всё расширяющимся в последнее время распространением бытовой звуковоспроизводящей аппаратуры особенно большое значение стало уделяться бытовым акустическим системам (БАС ...