ФАРАДЕЕВСКИЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ВЕНТИЛЬ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована как элемент развязки сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного излучения.
Известны различные варианты СВЧ вентилей, например, описанный в [1] вентиль, использующий эффект Фарадея, заключающийся в невзаимном повороте плоскости поляризации в фарадеевском ротаторе (вращателе плоскости поляризации), помещенном в продольное магнитное поле. Недостаток известного технического решения заключается в низкой лучевой стойкости: при большой мощности электромагнитного излучения часть его поглощается и превращается в тепловую энергию, которая нагревает ротатор, что приводит к снижению постоянной Верде (удельной вращательной способности), в результате чего снижается качество СВЧ вентиля.
СВЧ вентиль, описанный в [2], тоже использует эффект Фарадея и обладает тем же недостатком, что и устройство, описанное в [1].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является описанный в [3] фарадеевский СВЧ вентиль, содержащий магнитную систему трубчатой формы с осевой намагниченностью и последовательно расположенные первый переходный волновод, первый анизотропный поглотитель, фарадеевский ротатор, второй анизотропный поглотитель, второй переходный волновод, при этом фарадеевский ротатор размещен в магнитном поле магнитной системы с осевой намагниченностью. Анизотропный поглотитель имеет пропускание, изменяющееся по косинусоидальному закону при изменении радиальной координаты на его поверхности. Пучок электромагнитного излучения проходит через первый анизотропный поглотитель и становится линейно поляризованным. В фарадеевском ротаторе пучок линейно поляризованного электромагнитного излучения поворачивается на угол 45° относительно исходной плоскости поляризации и проходит через второй анизотропный поглотитель, ось максимального пропускания которого повернута на 45° относительно оси максимального пропускания первого анизотропного поглотителя. Пучок электромагнитного излучения, распространяющийся в обратном направлении, после прохождения через второй анизотропный поглотитель и фарадеевский ротатор, будет иметь плоскость поляризации, повернутую на угол 90° относительно исходной плоскости поляризации и, следовательно, поглотится в первом анизотропным поглотителе. Недостаток известного технического решения заключается в низких потребительских свойствах за счет низкой лучевой стойкости: при большой мощности электромагнитного излучения часть его поглощается и превращается в тепловую энергию, которая нагревает ротатор, что приводит к снижению постоянной Верде, в результате чего снижается качество СВЧ вентиля.
Задачей полезной модели является повышение потребительских свойств путем повышения лучевой стойкости.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в известное устройство, содержащее магнитную систему трубчатой формы с осевой намагниченностью и последовательно расположенные первый переходный волновод, первый анизотропный поглотитель, фарадеевский ротатор, второй анизотропный поглотитель, второй переходный волновод, при этом фарадеевский ротатор размещен в магнитном поле магнитной системы с осевой намагниченностью, внесены следующие усовершенствования: оно дополнительно содержит расщепитель пучка электромагнитного излучения и соединитель пучка электромагнитного излучения, расщепитель пучка электромагнитного излучения расположен между первым анизотропным поглотителем и фарадеевским ротатором, соединитель пучка электромагнитного излучения расположен между фарадеевским ротатором и вторым анизотропным поглотителем, фарадеевский ротатор содержит два вращателя плоскости поляризации, расщепитель пучка электромагнитного излучения содержит последовательно расположенные первый отражатель и второй отражатель, первый отражатель содержит отражающий клин, второй отражатель содержит две отражающие поверхности, соединитель пучка электромагнитного излучения содержит последовательно расположенные третий отражатель и четвертый отражатель, третий отражатель содержит две отражающие поверхности, четвертый отражатель содержит отражающий клин, первый отражатель расположен на пути прошедшего через первый анизотропный поглотитель пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая поверхность второго отражателя расположена на пути отраженного от i-ой отражающей грани первого отражателя пучка электромагнитного излучения, i-ый вращатель плоскости поляризации расположен на пути отраженного от i-ой отражающей поверхности второго отражателя пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая поверхность третьего отражателя расположена на пути прошедшего через i-ый вращатель плоскости поляризации пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая грань четвертого отражателя расположена на пути отраженного от i-ой отражающей поверхности третьего отражателя пучка электромагнитного излучения, второй анизотропный поглотитель расположен на пути сформированного четвертым отражателем пучка электромагнитного излучения, где i=1, 2.
Такое построение фарадеевского СВЧ вентиля позволяет повысить потребительские свойства за счет повышения лучевой стойкости, что достигается обеспечением более эффективного охлаждения фарадеевского ротатора по сравнению с прототипом.
пр
Пусть радиус магнитооптического ротатора цилиндрической формы составляет R, а его длина вдоль оптической оси составляет R. Тогда в прототипе площадь S поверхности магнитооптического ротатора, через которую происходит охлаждение, составляет
пр
2
2
2
2
S=2πR+2πRR=2πR+2πR=4πR.
0
Пусть в заявленном техническом решении апертура каждого вращателя плоскости поляризации имеет форму полукруга радиуса R, длина каждого вращателя плоскости поляризации вдоль оптической оси составляет R. В этом случае площадь S, через которую происходит охлаждение магнитооптического ротатора в заявленном устройстве, составляет
0
2
2
2
2
2
2
S=2πR+2πR+4R=4πR+4R=4R(π+1).
0
пр
Величина ξ, равная отношению S к S, имеет вид
2
2
ξ=(4R(π+1)/(4πR)=1+1/π≈1,32… .
Таким образом, заявленное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более эффективное охлаждение за счет увеличения площади, через которую осуществляется охлаждение магнитооптического ротатора. Это приводит к повышению лучевой стойкости магнитооптического вентиля.
Повышение лучевой стойкости при воздействии пучка электромагнитного излучения приводит к повышению потребительских свойств фарадеевского СВЧ вентиля.
Сущность изобретения поясняется описанием варианта конкретного выполнения фарадеевского СВЧ вентиля и прилагаемыми чертежами, на которых:
- на фиг.1 приведена схема заявленного фарадеевского вентиля,
- на фиг.2 приведены схемы расщепителя пучка электромагнитного излучения и соединителя пучка электромагнитного излучения,
- на фиг.3 приведено сечение фарадеевского ротатора и магнитной системы в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка электромагнитного излучения.
Фарадеевский СВЧ вентиль содержит магнитную систему 1 трубчатой формы с осевой намагниченностью и последовательно расположенные первый переходный волновод первый анизотропный поглотитель 2, фарадеевский ротатор 3, второй анизотропный поглотитель 4, второй переходный волновод, при этом фарадеевский ротатор 3 размещен в магнитном поле магнитной системы 1 с осевой намагниченностью. Он также содержит расщепитель 5 пучка электромагнитного излучения и соединитель 6 пучка электромагнитного излучения, расщепитель 5 пучка электромагнитного излучения расположен между первым анизотропным поглотителем 2 и фарадеевским ротатором 3, соединитель 6 пучка электромагнитного излучения расположен между фарадеевским ротатором 3 и вторым анизотропным поглотителем 4, фарадеевский ротатор 3 содержит два вращателя 7 плоскости поляризации, расщепитель 5 пучка электромагнитного излучения содержит последовательно расположенные первый отражатель 8 и второй отражатель 9, первый отражатель 8 содержит отражающий клин, второй отражатель 9 содержит две отражающие поверхности, соединитель 6 пучка электромагнитного излучения содержит последовательно расположенные третий отражатель 10 и четвертый отражатель 11, третий отражатель 10 содержит две отражающие поверхности, четвертый отражатель 11 содержит отражающий клин, первый отражатель 8 расположен на пути прошедшего через первый анизотропный поглотитель 2 пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая поверхность второго отражателя 9 расположена на пути отраженного от i-ой отражающей грани первого отражателя 8 пучка электромагнитного излучения, i-ый вращатель 7 плоскости поляризации расположен на пути отраженного от i-ой отражающей поверхности второго отражателя 9 пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая поверхность третьего отражателя 10 расположена на пути прошедшего через i-ый вращатель 7 плоскости поляризации пучка электромагнитного излучения, i-ая отражающая грань четвертого отражателя 11 расположена на пути отраженного от i-ой отражающей поверхности третьего отражателя 10 пучка электромагнитного излучения, второй анизотропный поглотитель 4 расположен на пути сформированного четвертым отражателем 11 пучка электромагнитного излучения. Входное отверстие первого переходного волновода выполнено прямоугольной формы, его выходное отверстие выполнено в форме круга. Входное отверстие второго переходного волновода выполнено в форме круга, его выходное отверстие выполнено прямоугольной формы.
Фарадеевский СВЧ вентиль работает следующим образом. Проходящий через него в прямом направлении пучок электромагнитного излучения (прямой пучок) после прохождения через первый переходный волновод проходит через первый анизотропный поглотитель 2 и становится линейно поляризованным. В расщепителе 5 пучка электромагнитного излучения апертура прямого пучка разделяется на две субапертуры, каждая из которых имеет форму полукруга. Каждый из этих пучков электромагнитного излучения проходит через соответствующий вращатель 7 плоскости поляризации, в котором вследствие эффекта Фарадея его плоскость поляризации поворачивается на 45° относительно исходной плоскости поляризации. Соединитель 6 пучка оптического излучения объединяет два пучка электромагнитного излучения в единый пучок электромагнитного излучения с апертурой в форме круга. Этот пучок электромагнитного излучения проходит через второй анизотропный поглотитель 4 без ослабления. Распространяющийся в обратном направлении пучок электромагнитного излучения (обратный пучок) после прохождения через второй анизотропный поглотитель 4 становится линейно поляризованным. Соединитель 6 пучка электромагнитного излучения разделяет обратный пучок на два пучка, которые после прохождения через соответствующие вращатели 7 плоскости поляризации будут иметь плоскость поляризации, повернутую на 90° относительно исходной плоскости поляризации. Расщепитель 5 пучка электромагнитного излучения объединяет эти пучки в единый пучок, который поглотится в первом анизотропном поглотителе 2. Таким образом, вентиль пропускает через себя прямой пучок электромагнитного излучения и не пропускает через себя обратный пучок электромагнитного излучения..
Поскольку субапертуры пучков электромагнитного излучения имеют полукруглую форму, вращатели 7 плоскости поляризации целесообразно выполнить полукруглого сечения, как показано на фиг.3.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Циркуляторы и вентили [Текст]: http://www.sec1.ru/sig/314/110/index.pl 21.09.2011.
2. Кирсанов Ю.А., Лесин В.С., Соколов и др. Сверхвысокочастотный вентиль [Текст]: Патент РФ №2057382 на изобретение, приор. 08.04.1992, публ. 27.03.1996, МПК6 Н01Р 1/38.
3. Фарадеевские вентили [Текст]: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/300246#sel=29:1,30:229 http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/300246#sel=29:1,30:229 21.09.2011.