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. Y-циркулятор 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. Для повышения допустимого уровня непрерывной мощности и электропрочности Y-циркулятора в его 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.2·a'·tg30°; где a' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода, т.е. расстояние, на котором модуль продольной составляющей магнитного поля волны Н₁₀ равен модулю поперечной составляющей магнитного поля волны Н ₁₀.

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.

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 (_Ф.Д.) выбираются из условия:

_Ф.Д.2·a'·tg30°;

где а' - 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 Н₁₀.

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:

Поле волны Н₁₀ 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 Н₁₀ . В силу симметрии разветвления первичные волны в волноводных плечах 2 и 3 равны по амплитуде и синфазны. Одновременно, волна Н₁₀, 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 ₁₀ 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 ₁₀ в симметричном разветвлении, что вызывает возбуждение антисимметричной волны Н₂₀ в разветвлении. В силу симметричного расширения волноводного разветвления размер его поперечного сечения допускает существование волны Н₂₀ . Таким образом, имеют место необходимое и достаточное условия существования волны Н₂₀ в симметричном 3-х плечном волноводном разветвлении. В результате в одном из каналов, например 2-ом (выходном) поле первичной волны Н₂₀ и поле вторичной волны Н₂₀ (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 1231). При изменении направления поля намагничивающего ферритовые вкладыши на встречное направление передачи электромагнитных волн изменится на обратное: 3213.

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.

Y-циркулятор, содержащий симметричное трехплечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков, и магнитную систему, отличающийся тем, что в трехплечном волноводном разветвлении дополнительно установлены два ферритовых вкладыша, причем любые два ферритовых вкладыша размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии трехплечного волноводного разветвления в Н-плоскости, а диаметры дисков ферритовых вкладышей выбираются из условия:

_Ф.Д.2·a'·tg30°,

где _Ф.Д. - диаметры ферритовых дисков;

a' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода.