4.4. РЕЗОНАНСНЫЙ ПОВОРОТ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ВОЛНОВОДЕ С ФЕРРИТОВЫМ РЕЗОНАТОРОМ

При расположении резонатора в круглом или квадратном волноводе [87, 115] основная особенность связи резонатора с волноводом определяется наличием резонансных поляризационных явлений в системе (рис. 67). Пользуясь общими соотношениями, полученными в предыдущей главе, и соотношениями для составляющих электромагнитного поля падающей волны тина и волны Ни с перпендикулярной к падающей плоскостью поляризации, исследуем основные закономерности резонансного поворота плоскости поляризации в круглом волноводе.

При помещении ферритового резонатора в согласованный волновод в произвольном месте его поперечного сечения (рис. 48) составляющие СВЧ магнитного поля указанных волн в месте

Рис. 67. Зависимость угла поворота плоскости поляризации от расстройки ферритового резонатора в области резонанса.

положения резонатора равны:

падающая волна типа

волна типа с плоскостью поляризации, перпендикулярной к падающей,

где поперечное волновое число; продольное волновое число.

Амплитудный множитель одинаковый для обеих волн, равен

где радиус круглого волновода.

В случае приложения внешнего магнитного поля вдоль оси выражения для коэффициентов связи резонатора с волноводом записываются в виде

Связь ферритового резонатора с волноводом через волну отсутствует при размещении резонатора вдоль диаметра при

В этом случае отсутствуют и поляризационные явления, вызываемые ферритовым резонатором. При смещении резонатора с линии появляется его связь с волноводом через волну Н, поляризация которой перпендикулярна поляризации падающей волны.

Рис. 68. Зависимости коэффициентов связи ферритового резонатора с круглым волноводом от угловой координаты расположения резонатора в волноводе при

Это значит (рис. 69), что в этом случае, кроме составляющей Нхшл переизлученного магнитного поля, появляется составляющая поля т. е. суммарная составляющая Низл переизлученного магнитного поля составляет некоторый угол с составляющей магнитного поля падающей волны. Суперпозиция двух составляющих поля и приводит к тому, что суммарная составляющая магнитного поля , определяющая поляризацию прошедшей волны, составляет некоторый угол по отношению к Нхпая. Этот угол

и является углом поворота плоскости поляризации прошедшей электромагнитной волны. Угол поляризации -волны, переизлученной ферритовым резонатором в направлении к нагрузке, определяется общим соотношением (3.63), которое в данном случае приводится к виду

Угол поляризации переизлученной волны не зависит от параметров ферритового резонатора, а определяется лишь соотношением составляющих СВЧ магнитного поля в месте расположения резонатора.

Рис. 69. К принципу резонансного вращения плоскости поляризации электромагнитной волны ферритовым резонатором.

Рис. 70. Зависимости угла поляризации переизлученной электромагнитной волны от координаты расположения ферритового резонатора в волноводе при

В случае перемещения резонатора по угловой координате при (рис. 70) величина угла поляризации переизлученной волны отличается больше от значения 180° при перемещении резонатора в зоне III (рис. 71), где составляющая круговой поляризации левого вращения больше, чем составляющая круговой поляризации магнитного поля правого вращения в отличие от зоны II. При перемещении резонатора по угловой координате при резонатор проходит через области с чисто круговой поляризацией СВЧ магнитного поля падающей волны (рис. 71). При этом в области круговой поляризации

левого вращения, где угол поляризации переизлученной волны равен При переходе резонатора в зону IV, где преобладающей является левая круговая поляризация СВЧ магнитного поля, угол поляризации переизлученной волны изменяется в пределах Это обусловлено тем, что в зоне

IV суммарная составляющая магнитного поля падающей волны изменяет свой знак на противоположный по отношению к зонам I—III.

Рис. 71. Характерные зоны СВЧ магнитного поля в поперечном сечении круглого волновода.

Угол поворота плоскости поляризации прошедшей волны при резонансе определяется соотношением (3.62), которое в данном случае приводится к виду

где составляющие СВЧ магнитного поля определяются соотношениями (4.44), (4.45). В отличие от угла поляризации переизлученной волны, угол поворота плоскости поляризации прошедшей волны зависит также и от параметров ферритового резонатора. Это обстоятельство иллюстрируется рис. 69, из которого видно, что при одном и том же значении угла поляризации переизлученной волны ссизл изменение амплитуды зависящей от степени связи резонатора с волноводом, приводит к изменению угла поворота плоскости поляризации прошедшей электромагнитной волны.

Коэффициент прохождения при резонансе определяется общим выражением (3.60), которое в данном случае имеет вид

Вид зависимостей от перемещения ферритового резонатора по угловой координате определяется степенью связи резонатора с волноводом Так, в случае, когда связь удовлетворяет соотношению

изменение угла поворота плоскости поляризации и коэффициента прохождения иллюстрируется рис. 72, а. В случае более сильной невзаимной связи резонатора с волноводом, когда

угол поворота плоскости поляризации изменяется в пределах 360°, а резонансный коэффициент прохождения имеет максимум при угловой координате (рис. 72, б).

В случае перемещения резонатора по угловой координате при коэффициент прохождения и угол поворота плоскости поляризации изменяются аналогично случаю с тем отличием, что при расположении резонатора в области круговой поляризации левого вращения

Рис. 72. Зависимости коэффициента прохождения и угла поворота плоскости поляризации при резонансе от координаты расположения резонатора в круглом волноводе при

При переходе в зону IV знак угла поворота плоскости поляризации изменяется, а коэффициент прохождения при резонансе увеличивается.

Вид характеристик от перемещения резонатора вдоль диаметра волновода при постоянной угловой координате (рис. 73) также зависит от степени связи. При расположении резонатора в области правой круговой поляризации СВЧ магнитного поля с увеличением связи резонатора с волноводом коэффициент прохождения увеличивается.

Рис. 73. Зависимости коэффициента прохождения и угла поворота плоскости поляризации при резонансе от координаты расположения резонатора в круглом волноводе при

Постоянство величины угла поворота плоскости поляризации при резонансе в диапазоне частот (рис. 74) объясняется тем, что с ростом частоты величина угла поляризации переизлученной волны уменьшается, а амплитуда ее увеличивается. В результате угол поворота плоскости поляризации прошедшей волны при резонансе мало изменяется при перестройке резонатора в диапазоне частот. Результаты экспериментального исследования зависимостей коэффициента прохождения и угла поворота плоскости поляризации при резонансе от координат расположения

резонатора и от частоты отмечены на рисунках точками наряду со сплошными расчетными линиями. Эти результаты подтверждают выводы теории.

Рассмотрим теперь включение ферритового резонатора как неоднородности в согласованном круглом волноводе, когда внешнее поле подмагничивания приложено в плоскости

Рис. 74. Зависимости коэффициента прохождения и угла поворота плоскости поляризации при резонансе от частоты СВЧ-сигнала. Параметры системы:

Соотношения для коэффициентов связи при этом записываются в виде

Этот случай представляет интерес с точки зрения возможности получения невзаимной связи ферритового резонатора с волноводом как по падающей волне, так и по дополнительно возбуждаемой резонатором волне с перпендикулярной к падающей плоскостью поляризации. Круговая поляризация для падающей волны получается, когда

круговая поляризация СВЧ магнитного поля волны, плоскость поляризации которой перпендикулярна к падающей, имеет место при

Используя эти соотношения и соотношения (4.44), (4.45) для составляющих электромагнитного поля, нетрудно рассчитать угол наклона поля подмагничивания в плоскости при котором обеспечивается невзаимная связь ферритового резонатора с волноводом по двум волнам. Из множества различных случаев

ориентации вектора подмагничивающего поля и расположения ферритового резонатора в волноводе представляет практический интерес случай, когда резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля при и поле приложено под углом

Рис. 75. Расчетный график для определения области круговой поляризации СВЧ магнитного поля в круглом волноводе.

Радиальная координата в которой при магнитные поля двух волн имеют круговую поляризацию, определяется из соотношения

графическая интерпретация которого показана на рис. 75.

В рассматриваемом случае коэффициенты связи ферритового резонатора с волноводом равны

Характеристики взаимодействия при этом определяются соотношениями При сильной связи угол поворота плоскости поляризации приближается к 90° и вносимые потери незначительны.