Y-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 Y-циркулятора [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.2.16], содержащая симметричное 3-х плечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков соосно расположенных на противоположных широких стенках симметричного волноводного разветвления в Н-плоскости, размещенный строго по центру разветвления и магнитную систему.
Ее недостаток заключается в низкой электропрочности, что обусловлено, как размещением ферритового вкладыша в центре 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 Y-циркулятора за счет увеличения числа ферритовых вкладышей, размещения их вне области максимальной напряженности электрического поля в трехплечном волноводном разветвлении в Н плоскости, перераспределения электромагнитного поля и снижения его напряженности и концентрации в центре Y-разветвления.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что она содержит симметричное трехплечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовые вкладыши выполненные в виде 2-х дисков соосно установленных на широких стенках волноводного разветвления в Н-плоскости и магнитную систему.
Ф.Д.
Новым в предлагаемом Y-циркуляторе является то, что в трехплечном волноводном разветвлении дополнительно установлены два ферритовых вкладыша, причем любые два (из трех) ферритовых вкладыша размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии трехплечного волноводного разветвления в Н-плоскости. При этом диаметры дисков ферритовых вкладышей (⌀) выбираются из условия:
Ф.Д.
a
⌀≤2·'·tg30°;
а
10
где ' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода, т.е. расстояние, на котором модуль продольной составляющей магнитного поля волны Ню равен модулю поперечной составляющей магнитного поля волны Н.
На фиг.1 приведено схематичное изображение предлагаемого Y-циркулятора.
Y-циркулятор состоит из: симметричного 3-х плечного волноводного разветвления в Н-плоскости в составе первого волноводного плеча 1, второго волноводного плеча 2, третьего волноводного плеча 3, 3-х ферритовых вкладышей 4, каждый из которых содержит по два круглых цилиндрических ферритовых диска 5, 6, 7, 8, 9, 10, и магнитной системы 11.
Y-циркулятор работает следующим образом:
10
10
10
10
10
20
20
20
20
20
Поле волны Н возбужденной в одном из волноводных плеч Y-циркулятора, например 1, достигнув симметричного 3-х плечного волноводного разветвления возбуждает в волноводных плечах 2 и 3 первичные волны Н. В силу симметрии разветвления первичные волны в волноводных плечах 2 и 3 равны по амплитуде и синфазны. Одновременно, волна Н, пришедшая из волноводного плеча 1 возбуждает намагниченные ферритовые вкладыши, расположенные в разветвлении симметрично справа и слева от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волноводного плеча 1. Особенность возбуждения ферритовых вкладышей, расположенных слева и справа от плоскости проходящей через средние линии волновода и левой и правой частей третьего вкладыша, диаметрально разделенного этой плоскостью состоит в том, что магнитная составляющая поля СВЧ в волне Н с одной стороны (левой) от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волновода, и с другой стороны (правой) имеют встречную круговую поляризацию (правую и левую). Величина магнитной проницаемости одинаково намагниченного феррита для право- и лево- поляризованных волн, т.е. дисков правого и левого ферритовых вкладышей и левой и правой частей ферритовых дисков третьего вкладыша, диаметрально разделяемого этой плоскостью различна. Это приводит к тому, что левый и правый ферритовые вкладыши, состоящие из 2-х круглых цилиндрических дисков и левая и правая половины ферритовых дисков 3-го вкладыша по разному (ассиметрично) воздействуют на симметричное поле волны Н в симметричном разветвлении, что вызывает возбуждение антисимметричной волны Н в разветвлении. В силу симметричного расширения волноводного разветвления размер его поперечного сечения допускает существование волны Н. Таким образом, имеют место необходимое и достаточное условия существования волны Н в симметричном 3-х плечном волноводном разветвлении. В результате в одном из каналов, например 2-ом (выходном) поле первичной волны Н и поле вторичной волны Н (переизлученной ферритовыми вкладышами) оказываются синфазными, а в другом (3-м) противофазными. Выбором размеров ферритовых дисков вкладышей, их положения в 3-х плечном разветвлении и напряженности постоянного магнитного поля магнитной системы, намагничивающей ферритовые вкладыши можно добиться равенства амплитуд первичного и вторичного полей в каналах 2 и 3.
При синфазности и равенстве амплитуд первичной и вторичной волн в волноводном плече 2, энергия волны возбужденной в волноводном плече 1 будет полностью передаваться в волноводное плечо 2. Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной волн в волноводном плече 3 приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку 3-го волноводного плеча.
В силу симметрии разветвления волна из волноводного плеча 2 будет передаваться в волноводное плечо 3, а из волноводного плеча 3 в волноводное плечо 1 (т.е. будет осуществляться последовательность передачи электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1). При изменении направления поля намагничивающего ферритовые вкладыши на встречное направление передачи электромагнитных волн изменится на обратное: 3→2→1→3.
В предлагаемой конструкции Y-циркулятора за счет установки 3-х ферритовых вкладышей, каждый из которых состоит из 2-х круглых цилиндрических дисков, и их размещения на периферии волноводного разветвления в Н-плоскости происходит перераспределение электромагнитного поля, что снижает его напряженность и концентрацию в центре Y-разветвления и значительно повышает электропрочность Y-циркулятора.