Т-ЦИРКУЛЯТОР

Предлагаемая полезная модель относится к технике СВЧ и может быть использована в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.
Известны фазовые циркуляторы [А.Л.Микаэлян. Применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат, 1963 г.§10-4 стр.561-579], содержащие двойной тройник, щелевой мост и два невзаимных фазовращателя. Однако, они имеют большие габариты и массу.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция Т-циркулятора [И.Н.Мухтаров, В.Т.Ниловский «Широкополосные волноводные трехплечные циркуляторы». Антенны, Сборник вып.10, 1971 г. стр.74-81, рис.7. Москва, изд. «Связь»], содержащая симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий клин, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков соосно расположенных на противоположных широких стенках волноводного Т-разветвления, размещенных симметрично относительно плоскости симметрии Т-разветвления, диаметрально пересекающей их и магнитную систему.
Ее недостаток заключается в низкой электропрочности, что обусловлено, как размещением ферритового вкладыша в точке Т-разветвления, где и без того максимальна напряженность и плотность электрического поля, так и еще большим их повышением за счет высокой диэлектрической и магнитной проницаемостей ферритового вкладыша.
Технический эффект состоит в повышении допустимого уровня непрерывной мощности и электропрочности Т-циркулятора за счет увеличения числа ферритовых вкладышей, размещения их вне области максимальной напряженности электрического поля в волноводном Т-разветвлении в Н-плоскости, перераспределения электромагнитного поля и снижения его напряженности и концентрации в центре Т-разветвления волноводов.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что оно содержит симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий клин, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических дисков соосно расположенных на широких стенках симметричного волноводного Т-разветвления в Н-плоскости и магнитную систему.
Ф.Д.
Новым в предлагаемом Т-циркуляторе является то, что в симметричном волноводном Т-разветвлении в Н-плоскости размещены дополнительно два круглых цилиндрических ферритовых вкладыша. Два (из трех) круглых цилиндрических ферритовых вкладыша размещены в Т-разветвлении симметрично справа и слева относительно его плоскости симметрии, а третий ферритовый вкладыш установлен симметрично и диаметрально пересекается (его диски) плоскостью симметрии Т-разветвления. При этом диаметры дисков ферритовых вкладышей (⌀) выбираются из условия:
Ф.Д.
⌀≤2·α'·tg30°;
10
10
где α' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода, т.е. расстояние, на котором модуль продольной составляющей магнитного поля волны Н равен модулю поперечной составляющей магнитного поля волны Н.
На фиг.1 приведено схематичное изображение предлагаемого Т-циркулятора.
Т-циркулятор состоит из: симметричного волноводного Т-разветвления в Н-плоскости в составе: среднего волноводного плеча 1, двух боковых волноводных плеч 2 и 3, согласующего клина 4, 3-х круглых цилиндрических ферритовых вкладышей каждый из которых содержит по два круглых цилиндрических диска 5, 6, 7, 8, 9, 10 и магнитной системы 11.
Т-циркулятор работает следующим образом:
10
10
10
10
Поле волны Н возбужденной в среднем волноводном плече 1 Т-циркулятора, достигнув симметричного волноводного Т-разветвления возбуждает в боковых волноводных плечах 2 и 3 первичные волны Н. В силу симметрии волноводного Т-разветвления первичные волны в волноводных плечах 2 и 3 равны по амплитуде и синфазны. Одновременно, волна Н, пришедшая из среднего волноводного плеча 1, возбуждает намагниченные круглые цилиндрические ферритовые вкладыши (диски 5, 6 и 9, 10) расположенные в симметричном волноводном Т-разветвлении симметрично справа и слева от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок среднего волноводного плеча 1 и круглый цилиндрический ферритовый вкладыш (диски 7, 8) диаметрально пересекаемый этой плоскостью. Особенность возбуждения ферритовых вкладышей, расположенных права и слева с от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волновода, и правой и левой частей круглого цилиндрического ферритового вкладыша, диаметрально пересекаемого этой плоскостью, состоит в том, что магнитная составляющая поля СВЧ волны Н с одной стороны (правой) от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волновода, и с другой стороны (левой) имеют встречную круговую поляризацию (правую и левую). Величина магнитной проницаемости одинаково намагниченного феррита для право- и лево- поляризованных волн, т.е. правого и левого круглых ферритовых вкладышей, и правой и левой частей ферритового вкладыша, диаметрально пересекаемого плоскостью проходящей через средние линии широких стенок среднего волноводного плеча 1 (плоскостью симметрии Т-цирклятора) различна.
10
20
20
20
20
10
20
Это приводит к тому, что левый и правый круглые ферритовые вкладыши, левая и правая половины круглого ферритового вкладыша, пересекаемого плоскостью симметрии Т-циркулятора, по разному (ассиметрично) воздействуют на симметричное поле волны Н в симметричном волноводном Т-разветвлении. Это вызывает возбуждение антисимметричной волны Н в Т-разветвлении, т.е. волны Н переизлученной ферритовыми вкладышами. В силу симметричного расширения волноводного Т-разветвления, размер поперечного сечения допускает существование волны Н. Таким образом, имеют место необходимое и достаточное условия существования волны Н в симметричном волноводном Т-разветвлении. В результате в одном из боковых волноводных плеч, например 2 (выходном) поле первичной волны Н и поле вторичной волны Н (переизлученной ферритовыми вкладышами) оказываются синфазными, а в другом (3-м) - противофазными. Выбором размеров круглых цилиндрических ферритовых вкладышей, их положения в волноводном Т-разветвлении и напряженности постоянного магнитного поля магнитной системы 11, намагничивающей ферритовые вкладыши можно добиться равенства амплитуд первичного и вторичного полей в боковых волноводных плечах 2 и 3.
При синфазности и равенстве амплитуд первичной и вторичной волн в боковом волноводном плече 2, энергия волны возбужденной в среднем волноводном плече 1 будет полностью передаваться в волноводное плечо 2. Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной волн в боковом волноводном плече 3 приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку 3-го волноводного плеча.
10
10
При возбуждении симметричного волноводного Т-разветвления волной Н со стороны одного (любого) из боковых волноводных плеч, например 2, симметрия волноводного Т-разветвления в Н-плоскости отсутствует. Однако, в силу граничных условий на его стенках непосредственно в волноводном Т-разветвлении возбуждается поле по структуре аналогичное полю волны Н, повторяющее структуру поля, возбуждаемого в волноводном Т-разветвлении со стороны среднего волноводного плеча 1.
10
В результате в волноводах среднего волноводного плеча 1 и бокового плеча 3 возбуждаются равные по амплитудам синфазные первичные волны Н.
20
20
20
Так же, как и при возбуждении со стороны среднего волноводного плеча, при возбуждении электромагнитного поля со стороны бокового плеча 2 все три одинаково намагниченных круглых цилиндрических ферритовых вкладыша левый (диски 7, 8), правый (диски 5, 6) и левая и правая половины вкладыша (состоящего из дисков 9, 10) возбуждаются электромагнитным полем с встречной круговой поляризацией - левого и правого направлений. В связи с этим величина магнитной проницаемости круглых цилиндрических вкладышей различна и соответственно переизлученное ими вторичное поле слева и справа по направлению его распространения антисимметрично (по поляризации вектора Е) т.е. аналогично полю Н. Размеры волноводного Т-разветвления в Н-плоскости за счет протяженности среднего волноводного плеча 1 в направлении его продольной оси допускают существование волны аналогичной волне Н. Это приводит к тому, что в одном из волноводных плеч, например 1, поля первичной и вторичной волн синфазны и складываются, а в другом - 3 противофазны и вычитаются. Выбором размеров ферритовых вкладышей, их положения в волноводном Т-разветвлении и напряженности постоянного магнитного поля магнитной системы, намагничивающей ферритовые вкладыши можно добиться равенства амплитуд первичного и вторичного полей в волноводных плечах 1 и 3. При синфазности и равенстве амплитуд полей первичной и вторичной электромагнитных волн в волноводном плече 1, энергия волны, возбужденной в плече 2 будет полностью передаваться в плечо 1. Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной электромагнитных волн в волноводном плече 3 приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку волноводного плеча 3. При возбуждении Т-циркулятора со стороны 3-го волноводного плеча и сохранении направления магнитного поля, намагничивающего круглые цилиндрические ферритовые вкладыши, поляризация антисимметричного вторичного поля (волны Н) изменится на обратную и сложение первичного и вторичного полей будет происходить в 3-ем волноводном плече, а вычитание - в 1-ом.
Т.е. будет осуществляться последовательность передачи энергии электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1. При изменении направления поля намагничивающего ферритовые вкладыши на встречное направление передачи волн изменится на обратное: 3→2→1→3.
В предлагаемой конструкции Т-циркулятора за счет установки 3-х ферритовых вкладышей и их размещения на периферии волноводного разветвления в Н-плоскости происходит перераспределение электромагнитного поля. Это снижает его концентрацию в центре Т-разветвления волноводов в Н-плоскости и значительно повышает электропрочность Т-циркулятора.