Y-ЦИРКУЛЯТОР
Y-CIRCULATOR

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.
Известны конструкции Y-циркуляторов [М.В. Вамберский, В.П. Абрамов, В.И. Казанцев. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ. Москва, «Радио и связь», 1982 г., § 2.3, стр. 47-57, рис. 2.9-2.16], содержащие симметричное трехплечное волноводное Y-разветвление в Н-плоскости, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш, размещенный строго по центру разветвления, и магнитную систему. Их недостаток - низкая электропрочность, что определяется размещением ферритового вкладыша в максимуме электромагнитного поля в Y-разветвлении и увеличении его концентрации за счет большой диэлектрической проницаемости феррита (ε≈12÷14).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция Y-циркулятора [RU 106987 U1, опубликован: 27.07.2011, Н01Р 1/38], содержащая симметричное трехплечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков, и магнитную систему, причем в трехплечном волноводном разветвлении дополнительно установлены два ферритовых вкладыша, причем любые два ферритовых вкладыша размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии трехплечного волноводного разветвления в Н-плоскости, а диаметры дисков ферритовых вкладышей выбираются из условия: , где  - диаметры ферритовых дисков; а' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода.
Недостатком такой конструкции Y-циркулятора является узкая полоса рабочих частот, что определяется резким изменением диэлектрической проницаемости на границе воздух (ε=1) - феррит (ε≈12÷14) (при воздушном заполнении волноводного Y-разветвления).
Задачей предлагаемого изобретения является достижение возможности расширения рабочей полосы частот Y-циркулятора.
Технический эффект предлагаемого изобретения состоит в расширении рабочей полосы частот и увеличении электропрочности Y-циркулятора.
Сущность предлагаемого Y-циркулятора состоит в том, что он содержит симметричное трехплечное волноводное Y-разветвление в Н-плоскости, три ферритовых вкладыша, соосно установленных на противоположных широких стенках волноводного Y-разветвления, в области круговой поляризации, и магнитную систему.
Новым в предлагаемом Y-циркуляторе является то, что все ферритовые вкладыши выполнены в виде двух трехгранных равносторонних ферритовых призм и ориентированы одной боковой гранью ортогонально плоскостям симметрии Y-разветвления к его центру.
На фиг. приведено схематичное изображение предлагаемого Y-циркулятора.
Y-циркулятор состоит из: симметричного трехплечного волноводного Y-разветвления (6) в Н-плоскости, образованного первым волноводным каналом (1), вторым волноводным каналом (2), третьим волноводным каналом (3), трех ферритовых вкладышей, каждый из которых выполнен в виде двух трехгранных равносторонних ферритовых призм (4), установленных на противоположных широких стенках волноводного Y-разветвления, и магнитной системы (5).
10
10
20
10
10
0
0
10
20
Y-циркулятор работает следующим образом: поле волны Н, возбужденной в одном из волноводных каналов Y-циркулятора, например в первом волноводном канале (1), достигнув симметричного трехплечного волноводного Y-разветвления (6), возбуждает во втором волноводном канале (2) и в третьем волноводном канале (3) первичные волны Н. В силу симметрии трехплечного волноводного Y-разветвления (6) эти волны равны по амплитуде и синфазны. В то же время симметричное расширение трехплечного волноводного Y-разветвления (6) увеличивает размер его поперечного сечения, что обуславливает возможность существования волны Н. Одновременно с этим волна Н, пришедшая из первого волноводного канала (1), возбуждает намагниченные в одном направлении трехгранные равносторонние ферритовые призмы (4). Но магнитная составляющая СВЧ поля волны Н слева и справа от оси симметрии волноводного канала имеет встречную круговую поляризацию, это приводит к тому, что магнитная проницаемость намагниченных в одном направлении левого и правого ферритовых вкладышей различна (одна больше µ/µ=1, другая меньше µ/µ=1). Это влияет на симметричное поле волны Н таким образом, что в трехплечном волноводном Y-разветвлении (6) возбуждается вторичная волна Н, которая в свою очередь противофазно, но с равными амплитудами возбуждает второй волноводный канал (2) и третий волноводный канал (3).
Регулируя напряженность постоянного магнитного поля магнитной системы (5), намагничивающей трехгранные равносторонние ферритовые призмы (4), можно добиться равенства амплитуд первичной и вторичной волн и синфазности первичной и вторичной волн, например, во втором волноводном канале (2), при этом энергия волны, возбужденной в первом волноводном канале (1), будет полностью передаваться во второй волноводный канал (2). Одновременно с этим первичная и вторичная волны в третьем волноводном канале (3) будут противофазны и будут компенсировать друг друга. Это обеспечит развязку третьего волноводного канала (3), т.е. энергия волны, возбужденной в первом волноводном канале (1), не будет передаваться в третий волноводный канал (3).
Симметрия разветвления Y-циркулятора обуславливает передачу волны, возбужденной во втором волноводном канале (2), в третий волноводный канал (3) и передачу волны, возбужденной в третьем волноводном канале (3), в первый волноводный канал (1). Т.е. одному и тому же направлению намагничивающего поля соответствует последовательность передачи электромагнитной энергии из канала в канал 1→2→3→1. При изменении направления намагничивающего поля на противоположное передача энергии поменяется на обратное - 1→3→2→1.
В предлагаемой конструкции Y-циркулятора расширению полосы рабочих частот способствует изменение конфигурации ферритовых вкладышей - постепенное увеличение сечения от боковых ребер трехгранных равносторонних ферритовых призм к их центру, и неполное заполнение волновода по высоте ферритовыми вкладышами. Это влечет за собой уменьшение эффективной диэлектрической проницаемости вкладышей и ее плавное изменение от боковых ребер к центру трехгранных равносторонних ферритовых призм. Трехгранные равносторонние ферритовые призмы, установленные в области круговой поляризации, на периферии трехплечного волноводного Y-разветвления, перераспределяют напряженность электромагнитного поля в нем, снижая его концентрацию в центре Y-разветвления, тем самым увеличивая его электропрочность. Неполное заполнение волноводного Y-разветвления по высоте ферритовыми вкладышами улучшает теплоотдачу (теплоотвод) от ферритовых деталей, что повышает тепловую и электрическую прочности Y-циркулятора при высоких значениях мощности.