16.7. Y-циркуляторы

Трехплечее симметричное соединение полосковых линий или полых волноводов в плоскости является основой для построения наиболее удобных и компактных циркуляторов в диапазоне миллиметровых до метровых волн. Эти циркуляторы получили, наибольшее распространение.

Взаимное тройниковое соединение не может быть полностью согласованным. Матрица (15.1) аксиально-симметричного F-coeдинения ТЕМ линий и волноводов -плоскости) свидетельствует о значительном отражении в каждом из плеч. Введение в центр соединения ферритового диска, намагниченного вдоль оси, создает асимметрию в распределении энергии между плечами. Из; общей теории невзаимных трехплечих узлов следует, что идеально согласованный узел является одновременно

идеальным циркулятором с матрицей вида (16.37). Поэтому практически достаточно настроить трехплечий узел на отсутствие отражений в каждом из плеч, чтобы получить -циркулятор.

На рис. 16.24 показана конструкция волноводного -циркулятора. Постоянное магнитное поле создается стержневыми магнитами, вложенными в немагнитный корпус. Магнитопровод замыкается крышками из магнитной стали. Регулируемая пробка в центре крышки позволяет менять и настраивать циркулятор на рабочую частоту. Существенны для работы циркулятора диэлектрические кольца, надеваемые на диск. Они играют роль четвертьволновых трансформаторов и позволяют согласовать плечи циркулятора. Циркуляторы сантиметрового и миллиметрового диапазонов работают в слабых полях намагничения порядка что в раз меньше Ярез. Этим объясняется простота и малая масса магнитной системы.

Рис. 16.24

Современные волноводные -циркуляторы имеют в частотной полосе следующие параметры: развязку между плечами потери в направлении передачи Мощности передачи достигают в импульсе и в среднем. Масса циркуляторов вместе с магнитной системой редко превышает а их габариты — .

Принцип работы -циркуляторов основан на эффекте смещения поля. Центральная часть узла (рис. 16.24) образует кольцевой резонатор, в котором существует два типа колебаний с круговой поляризацией, имеющих противоположные направления вращения поля. В соответствии с рис. 16.206 волна, вращающаяся по часовой стрелке, является двусторонней поверхностной волной с фазовой скоростью (анализ [24] показывает, что такая волна существует в слабых полях также три Волна, вращающаяся против часовой стрелки, как и прямая на рис. 1.6.21, подобна обычной волне типа в волноводе и ее фазовая скорость Следовательно,

Сумма этих волн образует в резонаторе стоячее поле. Для работы циркулятора необходимо, чтобы при подаче волны в плечо 1 узел напряженности Е находился напротив плеча 3, а пучность — напротив плеча 2. Покажем возможность такого распределения на следующем примере. Пусть I — путь по кольцу между соседними плечами, Тогда поверхностная

волна, распространяющаяся из плеча 1 в плечо 2 по пути и волноводная, распространяющаяся по пути длиной приходят в плечо 2 в фазе. Фазовый сдвиг первой волны на пути а второй волны на пути разность фаз в плече 3 равна При равенстве амплитуд обеих волн образуется требуемое распределение суммарного поля. Максимум этого поля смещен из центра узла к плечам 1 и 2.

-циркуляторы на полосковых линиях предназначены для работы в дециметровом и сантиметровом диапазонах; их параметры близки к волноводным. Ферритавые диски, диаметр которых равен или больше ширины ленточного проводника, помещаются по обе стороны от него (рис. 16.25). Снаружи на них надеваются диэлектрические кольца, необходимые для широкополосного согласования. Принцип работы таких циркуляторов сходен с вышеописанным. Однако в этом случае электромагнитное поле центральной области целиком находится в феррите. Волна ТЕМ, падающая в плечо 1 циркулятора, создает в ферритовых дисках два типа колебаний с круговой поляризацией и противоположными направлениями вращения магнитного поля. Одно из этих колебаний так же распределяется в феррите, как и прямая волна на рис. 16.206 (с максимумом у левой кромки). Суммарное поле рассматриваемого циркулятора, как и волноводного, смещено таким образом, что максимум находится между входным 1 и выходным 2 плечами, а нуль — в развязанном плече 3.

На частотах ниже когяа Ярез х относительно мало феррит в слабых полях имеет значительные потери и нестабильные параметры. В этом случае полосковые -циркулято-ры рассчитывают на поля намагничивания что, однако, не приводит к заметному увеличению размеров магнитной системы. При направление смещения поля и циркуляции волны меняется на обратное (по сравнению с вышеописанным)

В реверсивных -циркуляторах постоянное поле намагничения создается катушкой с током, направление которого определяется

Рис. 16.25

Рис. 16.26

«схемой управления. Одна из конструкций управляемого циркулятора с внутренней магнитной памятью показана на рис. 16.26 (верхняя пластина снята).

Управляющий провод охватывает центральные части ферритовых элементов, расположенных сверху и снизу центральной ленты полосковой линии. Феррит вне этого объема, где магнитное поле направлено противоположно, невзаимных эффектов не создает.

ЗАДАЧИ

(см. скан)

Список литературы

(см. скан)