asyan.org
добавить свой файл
1

Лекція № 10 : “Практичне використання намагнічених феритів у техніці НВЧ”





  1. Циркуля тор

Циркулятором називають пристрій, в якому здійснюється цикліч­ний зв'язок між усіма його плечима в одному напрямі.

На рис.1 подано схему циркулятора з використанням ефекту Фарадея. Він має чотири плеча, спряжених із хвилеводом колового перерізу.

Плечі 1 та 2 виконано у вигляді плавних переходів від хвилеводу прямокутного перерізу до хвилеводу колового перерізу, а плечі 3 та 4 являють собою відрізки стандартного хвилеводу прямокутного перерізу. Секція (2-4) зсунута відносно секції (1-2) на кут . У порожнині колового хвилеводу розташовано повздовж­ньо намагнічений феритовий стрижень. Постійне магнітне поле та довжину стрижня вибрано таким чином, що площина поляризації хвилі всередині хвилеводу повертається на кут 45° незалежно від напряму поширення хвилі. Хвилеводи, які утворюють плечі циркулятора, розраховано на пропускання лише хвилі основного типу 
Припустимо, що циркулятор жи­виться через плече 1. Тоді плечі 3 та 4 будуть розв'язані, оскільки вектор напруженості електричного поля хви­лі, що поширюється, набуває такої поляризації, яка в зазначених плечах стає повздовжньо електричною (не­основною для цих плечей). Площи­на поляризації хвилі, що поши­рюється по коловому хвилеводу, за рахунок наявності феритового стриж­ня повертається на кут 45°, унас­лідок чого у плечі 2 збуджується хвиля основного типу  У коловому хвилеводі основний тип хвилі - .
Припустимо тепер, що циркулятор живиться через плече 2. У та­кому випадку площина поляризації хвилі, що поширюється коловим хвилеводом, повертається на кут 45° і в плечі 3 створюється хвиля основного типу  При цьому плечі 1 та 4 будуть розв'язані, оскільки вони не розраховані на хвилі вищих порядків.
При живленні циркулятора через плече 3 створюються умови для виходу енергії через плече 4, а плечі 1 та 2 будуть розв'язані з при­чин, аналогічних щойно зазначеним.
При живленні циркулятора через плече 4 унаслідок додаткового повороту на 45° площини поляризації хвилі, що поширюється уз­довж фериту, у плечі 1 збуджується хвиля основного типу , а плечі 2 та 3 будуть розв'язані, оскільки в цьому разі вектор напруженості електричного поля буде поздовжнім щодо плеча 3 та паралельним широкій стінці плеча 2.

Таким чином, циркулятор забезпечує послідовне передавання енергії хвилі типу  від плеча 1 до плеча 2, від плеча 2 до плеча З, від плеча 3 до плеча 4, а від плеча 4 до плеча 1.


Схема циркуляції:
Рис.1 Циркулятор
2. Ізолятор
Ізолятор - це пристрій, призначений для запобігання реакції неузгодженого навантаження на джерело електромагнітних коли­вань. Схема ізолятора аналогічна схемі циркулятора, в якого відсут­ні плечі 3 та 4 (рис.2).




Рис.2 Ізолятор
Принцип дії ізолятора полягає в тому, що площина поляризації хвилі, яка поширюється вздовж фериту від плеча 1 до плеча 2, повертається на кут 45° та йде в навантаження. А площина поляри­зації хвилі, що відбивається від навантаження, у свою чергу, повертається у тому самому напрямі на кут 45°. У результаті вектор електричного поля відбитої хвилі стає паралельним широкій стінці плеча 1, і хвиля у ньому не збуджується. Завдяки такому явищу джерело хвилі буде розв'язане від навантаження.
3. Спрямований фазообертач

Розглянемо приклади застосування поперечно намагнічених феритів у техніці надвисоких частот.

Припустимо, що у прямо­кутному хвилеводі, в якому поширюється хвиля типу  (рис.3), у точці А розташовано тонку феритову пластинку з поперечним намагніченням.

Рис.3 Спрямований фазообертач
Підмагнічувальне поле  напрямлене перпендикулярно до поздовжньої осі хвилеводу.
При цьому магнітна проникність фериту для хвиль ПРОТИЛЕЖНИХ НАПРЯМКІВ поширення буде різною внаслідок протилежності напрямів магнітних складових полів цих хвиль. Тому коефіцієнти фази хвиль, що поширюються хвилеводом у протилежних напрямах, будуть також різними. ЦЕ ДАЄ ЗМОГУ СТВО­РИТИ ПРИСТРОЇ З НЕОБЕРТАЛЬНИМ ФАЗОВИМ ЗСУВОМ, ПРОПОРЦІЙНИМ ДО ДОВЖИНИ ФЕРИТОВОЇ ПЛАСТИНИ З ПЕРПЕНДИКУЛЯРНИМ НАМАГНІЧЕННЯМ.
Спрямований фазообертач - це пристрій, що створює додатко­вий фазовий зсув Δφ при поширенні хвилі в певному вибраному напрямі. У ньому реалізується зазначена раніше властивість попе­речно намагніченого фериту створювати необертальний фазовий зсув між хвилями, що поширюються в протилежних напрямах.

Конструкція спрямованого фазообертача аналогічна наведеній на рис.3.

ПРИСТРІЙ, В ЯКОМУ ДОВЖИНА ФЕРИТОВОЇ ПЛАСТИНИ ЗАБЕЗПЕЧУЄ НЕОБЕРТАЛЬНИЙ ФАЗОВИЙ ЗСУВ 180°, НАЗИВАЄТЬСЯ ГІРАТОРОМ.

4. Фазовий циркутятор
Розглянемо властивості вузла, що складається з двох послідовно з'єднаних щілинних мостів (рис.4).
Припустимо, що хвиля  надходить через плече 1. Тоді внаслідок властивостей щілинного моста ця хвиля розпадається на дві хвилі типу рівних між собою амплітуд, які в перерізах Аа та аА1 зсунені за фазою на кут 90°. Різниця ходу цих хвиль між перерізами АА1 та ББ1 дорівнює нулю, тому на цієї ділянці зміни фази не відбувається.



Схема циркуляції:

Рис.4 Щілинний міст
Хвиля, що поширюється від Аа та аА1 до ББ1, у свою чергу, роз­падається на дві хвилі, зсунені за фазою на кут 90°.

У результаті у плече 4 надходять дві протифазні хвилі, що ком­пенсують одна одну, а у плече 3 — дві синфазні хвилі, що додають­ся. Таким чином, при живленні через плече 1 хвиля проходить у плече 3, а плечі 2 та 4 розв'язані.

Аналогічно можна показати, що при живленні даного пристрою через плече З хвиля проходитиме лише у плече 1, при живленні че­рез плече 2 — у плече 4, а при живленні через плече 4 — у плече 2.
Для того щоб отримати фазовий циркулятор, необхідно у порожнині між двома мостами розташувати повздовжньо намагні­чений ферит, що створює необертальний фазовий зсув на 180° (гіратор). Схему такого пристрою зображено на рис.5. а.
Припус­тимо, що циркулятор живиться через плече 2, тоді у плече 4 надходять дві хвилі, зсунені за фазою на 180°, які компенсують одна одну.



Схема циркуляції:
Рис.5 Фазовий циркулятор
При цьому у плече 3 надходять дві синфазні хвилі, що додають­ся. Якщо хвиля надходитиме у циркулятор через плече 4 (див. рис.5 б), то гіратор не вноситиме фазового зсуву, а у плечі 2 від­буватиметься додавання синфазних хвиль.

Аналогічно можна проаналізувати роботу циркулятора при живленні'через плечі 3 та 4. У такому циркуляторі хвилі проходи­тимуть у напрямі плечей 14231.
Слід зазначити, що крім необертального фазового зсуву (за рахунок магнітної властивості) ферит вносить обертальний фазовий зсув за рахунок того, що він має певну діелектричну проникність. Для запобігання цьому явищу в другий канал циркулятора навпроти феритової пластини розташовується діелектрична пластина.
Фазові циркулятори використовуються як перемикачі, антенні комутатори, модулятори.