Волноводный циркулятор на щелевых мостах с вкладышами из магнитного нанокомпозита на основе опаловых матриц

 

Полезная модель относится к технике СВЧ, которая может быть использована в радиолокационных станциях и предназначена для направленной передачи высокочастотной энергии, от передающей системы к антенне и направленной передачи отраженной энергии в приемную систему. Конкретная полезная модель относится к области создания волноводных циркуляторов на щелевых мостах с вкладышами из магнитного нанокомпозита. К недостаткам волноводных циркуляторов с вкладышами из магний-марганцевого феррита марки 2СЧ1 следует отнести недостаточно широкую полосу рабочих частот, значительные прямые потери и коэффициент отражения, недостаточную развязку между плечами при прохождении высокочастотной энергии. Цель изобретения - создание волноводного циркулятора на щелевых мостах, обладающего лучшими характеристиками. Для реализации цели необходимо заменить в циркуляторе вкладыши из феррита марки 2СЧ1 на вкладыши из магнитного нанокомпозита.

Описание полезной модели

Волноводный циркулятор на щелевых мостах с вкладышами из магнитного нанокомпозита на основе опаловых матриц

Полезная модель относится к технике СВЧ которая может быть использована в радиолокационных станциях и предназначена для направленной передачи высокочастотной энергии, от передающей системы к антенне и направленной передачи отраженной энергии в приемную систему. Конкретная полезная модель относится к области создания циркуляторов со вкладышами из магнитных нанокомпозитов на основе опаловых матриц.

Известен волноводный циркулятор ФВЦВ2-97, состоящий из двух щелевых мостов, соединенных между собой двумя отрезками прямоугольных волноводов, в одном из которых находятся два вкладыша с намагниченными ферритами марки 2СЧ1 с противоположными направлениями намагничивания постоянным магнитным полем, в другом волноводе находятся две диэлектрические вставки.

К недостаткам волноводного циркулятора ФВЦВ2-97 на щелевых мостах с вкладышами из феррита марки 2СЧ1 следует отнести недостаточно широкую полосу рабочих частот, значительные прямые потери и коэффициент отражения, недостаточную развязку между плечами при прохождении высокочастотной энергии. Причиной выше названных недостатков волноводного циркулятора ФВЦВ2-97 на щелевых мостах являются два вкладыша с намагниченными ферритами марки 2СЧ1.

Цель изобретения - создание циркулятора обладающего более широкой полосой рабочих частот, меньшими прямыми потерями и коэффициентом отражения, лучшей развязкой между плечами при прохождении высокочастотной энергии.

Для реализации цели необходимо в циркуляторе ФВЦВ2-97 вкладыши из феррита марки 2СЧ1 заменить на вкладыши из магнитного нанокомпозита на основе опаловых матриц. Конструкция циркулятора с вкладышами из магнитного нанокомпозита на основе опаловых матриц показана фиг. 1. Она состоит из двух волноводно-щелевых мостов, между которыми включены магнитные нанокомпозиты (верхний канал) и диэлектрические вставки (нижний канал). Верхний канал с магнитным нанокомпозитом для одного направления распространения электромагнитной волны создает фазовый сдвиг +180°, для другого направления - . Нижний канал с диэлектрической вставкой для обоих направлений распространения волны создает фазовый сдвиг . При делении потока электромагнитной энергии

щелевым мостом происходит сдвиг фаз на 90° - фаза изменяется на 90° при проходе через отверстие щелевого моста. Если волна попадает в плечо 1, то она выйдет через плечо 2, не попав в плечо 4. В плечо 2 приходят два волновых потока половинной энергии, один из которых (прямой) имеет фазовый сдвиг , а другой - сдвиг 90°+(180°+)+90° (два прохода через отверстие щелевого моста и действие магнитного нанокомпозита). Они интерферируют в фазе и складываются. В то же время в плечо 4 приходят потоки с фазовыми сдвигами +90° и 90°+(180°+). Они противофазные, уничтожаются при интерференции. По аналогии можно проследить, как из плеча 2 волна пройдет в плечо 3, из 3 - в 4, из 4 - в 1.

Заявляемая полезная модель основана на результатах проведенных экспериментальных и теоретических исследований.

При экспериментальных исследованиях в волноводном циркуляторе на щелевых мостах ФВЦВ2-97 ферритовые вкладыши из магний-марганцевого феррита марки 2СЧ1 заменялся на вкладыши из магнитных нанокомпозитов (фиг. 1).

Вкладыши изготовлены на основе опаловой матрицы, содержащей наночастицы кобальт-цинкового состава Co0,5 Zn0,5Fe2O4 (фиг. 2).

На фиг. 3 показаны зависимости развязок (элемент матрицы рассеяния |R12|) между плечами волноводного циркулятора на щелевых мостах с вкладышами из магнитных нанокомпозитов. Для сравнения на рис. 3 приведена кривая для вкладышей из феррита 2СЧ1. Циркулятор с вкладышами из магнитных нанокомпозитов настраивался на рабочую частоту 16,4 ГГц при напряженности внешнего магнитного поля равного Нв=1650Э.

На фиг. 4 и фиг. 5 приведены зависимости прямых потерь (|R12| - элемент матрицы рассеяния) коэффициента отражения (|R11|) волноводного циркулятора с вкладышами из магнитных нанокомпозитов от частоты. Для сравнения приведены кривые для вкладышей из феррита 2СЧ1.

Из графиков на фиг. 3-5 видно, что волноводный циркулятор на щелевых мостах с вкладышами из магнитных нанокомпозитов имеет лучшие характеристики, чем с вкладышами из феррита 2СЧ1. Циркулятор имеет более широкую полосу рабочих частот, меньшие прямые потери, лучшую развязку между плечами, меньший коэффициент отражения, а, следовательно, и коэффициент стоячей волны.

Теоретические исследования волноводного циркулятора на щелевых мостах с вкладышами из магнитного нанокомпозита проведены проекционным методом [1]. В математической модели «настройка» циркулятора на частоту fc=16,4 ГГц осуществляется путем изменения значений компонент тензора магнитной проницаемости магнитного нанокомпозита и . Между компонентами тензора магнитной проницаемости и существует зависимость, которую можно получить, используя зависимость намагниченности от постоянного магнитного поля М=f(H0) и выражения Полдера [2] для компонент тензора магнитной проницаемости. Однако для магнитных нанокомпозитов такая зависимость отсутствует, т.к. производство нанокомпозитов является экспериментальным.

Зависимость диагональной и недиагональной компонент тензора магнитной проницаемости нанокомпозита от напряженности постоянного магнитного поля получена теоретически (фиг. 6) по методике, изложенной в [3]. В расчете принято, что в каждом межсферическом объеме опаловой матрицы содержится 5 частиц феррита с диаметром d=29 нм, Частицы имеют среднюю намагниченность 45=7500 с, диэлектрическую проницаемость и коэффициент затухания в магнитной системе =0,04.

В математической модели «настройка» на частоту 16,4 ГГц происходит при значениях

На фиг. 7 показаны теоретические и экспериментальные зависимости развязки между плечами от частоты. Наблюдается совпадение результатов. Используя выражения Полдера [2] для компонент тензора магнитной проницаемости определяем намагниченность и внешнее постоянное магнитное поле, которое составляет Нв=1600Э, что согласуется с экспериментом (Нв=1650Э).

Из графиков на фиг. 3, 4, 5, 7 видно, что волноводный циркулятор на щелевых мостах с вкладышами из магнитных нанокомпозитов имеет лучшие характеристики, чем с циркулятор ФВЦВ2-97 с вкладышами из феррита марки 2СЧ1 - это более широкая полоса рабочих частот, меньшие прямые потери, лучшая развязка между плечами, меньший коэффициент отражения.

Литература

1. Технические условия на приборы ФВЦВ2-97. Лист утверждения КЖГП. 468540.030 ТУ - ЛУ.

2. Никольский, В.В. Проекционные методы в электродинамике / В.В. Никольский // Сборник научно-методических статей по прикладной электродинамике. - М.: Высшая школа, 1977. - С. 4-23.

3. Гуревич, А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А.Г. Гуревич. - М.: Гос. изд. физ.-мат. литер. 1960. - 407 с.

4. Голованов О.А. Электродинамическая модель и методика расчета тензора эффективной магнитной проницаемости магнитных 3D-нанокомпозитов из опаловых матриц в микроволновом диапазоне / О.А. Голованов, Г.С. Макеева, А.А. Ефимов, М.А. Чиркина // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2012. - 2. - С.17-22.

Волноводный циркулятор состоит из двух щелевых мостов, соединенных между собой двумя отрезками прямоугольных волноводов, в одном из которых находятся два вкладыша из магнитного нанокомпозита с противоположными направлениями намагничивания постоянным магнитным полем, в другом волноводе находятся две диэлектрические вставки, отличающейся от известных использованием вкладышей из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы, содержащей наночастицы кобальт-цинкового состава Co0,5Zn0,5Fe 2O4.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим диагностическим приборам, предназначенным для измерения распределения концентрации и размеров несферических наночастиц в жидкостях и газах
Наверх