книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

мощность волны, входящей через канал 1 в мост, делится поровну

а) результирующие поля Ез,п, Е^т в выходных каналах 3, 4 имеют взаимный сдвиг по фазе на 90 '; б) теоретически в канал 2 не посту­

Рис. 7.23. Диаграммы, поясняющие процессы в волноводнощелевом мосте.

пает энергия; в действительности в него просачивается весьма не­ значительная часть мощности (менее 0,2%).

С помощью вкладышей 5 размер а' щели устанавливается не­ сколько меньшим, чем 2а, с таким расчетом, чтобы в щели не воз­ буждалась следующая за Я 20 волна //30. Вставки имеют скос для согласования. В самой щели согласование производится штырем 6 (на рис. 7.22 обозначен 7).

В связи с наличием потерь энергии в веществе прецессия про исходит не по окружности, а по свертывающейся спирали и через некоторое время (около 0,01 сек) ось вращения электрона слива­ ется с направлением постоянного магнитного поля Н0 и прецессия заканчивается. Теперь феррит намагничен.

Этот прецесс затухающей прецессии можно рассматривать как свободные колебания, происходящие с частотой /0. В феррите, как в любой колебательной системе, возможны и вынужденные ко-

Рис. 8.2. Диаграммы, поясняющие образование линейно-поляризованной волны из двух волн с круговой поляризацией.

лебания с частотой /. Они получаются при воздействии на намагни­ ченный феррит электромагнитной волны частоты / с вектором маг­

в противоположную сторону, то ослабилась бы. Если, кроме того, частота / приближается к /0, то вынужденная прецессия сказы­ вается еще больше и при f = /0 (ферромагнитный резонанс) до­ стигает максимума.

Всякую линейно-поляризованную волну можно представить в виде двух волн с круговой поляризацией, из которых одна вра­ щается по часовой стрелке (правая волна), а другая — против ча­ совой стрелки (левая). Это показано на рис. 8.2, где поле правой

прямой линии, т. е. результирующая волна оказалась действитель­ но линейно-поляризованной. Зависимость результирующего поля Н от со/, как видно из временной диаграммы, изображается коси­ нусоидой.

Свободная прецессия, как известно, происходит но часовой стрелке, а из волн с круговой поляризацией, вызывающих вынуж­ денную прецессию, только правая волна вращается по часовой стрелке, а левая—против часовой. Естественно, что феррит по-раз­ ному реагирует на эти волны и имеет различные магнитные прони­ цаемости для правой ((i+) и левой (р,_) волн.

об относительной проницаемости). С увеличением Н0 (рис. 8.3, а) возрастает собственная частота f0t а так как частота вынужденной прецессии / остается неизменной, то при некотором значении //0= = Я0 Ре наступает резонанс. Это вызывает значительное изменение коэффициента щ.; последний при Н0 = Норез проходит через ну­ левое значение и меняет свой знак на обратный, тогда как на коэф­

Все это объясняется тем, что правополяризованная волна вра щается в том направлении, в котором совершается свободная пре цессия, а левополяризованная волна — в обратном направлении Правая волна все время отдает энергию электронам, а левая — часть периода отдает, а в другую часть периода получает обратно. Если бы потерь в феррите не было, то под влиянием энергии, отдаваемой правой волной, прецессия непрерывно усиливалась бы и при резонансе коэффициент и+, характеризующий способность феррита к намагничиванию, достиг бы бесконечно большого зна­ чения (см. пунктирные линии на рис. 8.3, а). В реальных условиях энергия волны рассеивается в кристаллической решетке феррита и по этой причине угол прецессии б (на рис. 8.1) так же, как по­ глощение энергии правой волны, имеет ограниченный максимум при резонансе. Различия в свойствах феррита при прохождении через него право- и левополяризованных волн дают возможность осуществить циркуляторы, вентили, гираторы и некоторые дру­ гие элементы устройств СВЧ.

57.Циркуляторы, основанные на эффекте Фарадея

В1845 г. Фарадей установил, что если волну света пропу­

стить через среду, в которой имеется продольное магнитное поле, то плоскость поляризации волны поворачивается ha угол, про­ порциональный напряженности магнитного поля. Направление вращения этой плоскости не изменяется тогда, когда луч идет в об­ ратную сторону, т. е. при распространении волн в обратном направлении плоскость поляризации не восстанавливается. До открытия ферритов вращение и необратимость плоскости поляри­ зации не могли быть практически использованы на радиочасто­ тах, так как отсутствовала намагниченная среда, способная про­ пустить радиоволны без больших потерь. С появлением ферритов это стало возможным в диапазоне СВЧ.

Устройство для вращения плоскости поляризации в феррите (рис. 8.4, а) содержит прямоугольные волноводы /, 2, 3, 4 и круг­ лый волновод 5, который соединяется с волноводами /, 2 плавными переходами. Внутри круглого волновода находятся ферритовый стержень 6 и опора из пенополистирола 7 для закрепления стерж­ ня. Так как диэлектрическая проницаемость феррита велика, то возможно сильное отражение волн от стержня. Для того чтобы избежать этого явления, концы стержня сточены на конус. Пос­ тоянный магнит 8 создает магнитное поле Н0 вдоль оси круглого

при поступлении полны в стержень вектор И (как и вектор Е) на­ чинает вращаться по часовой стрелке или против нее. Направле­ ние вращения не зависит от того, в какую сторону — прямо или об­ ратно — распространяется электромагнитная волна, оно меняется на обратное только с переключением постоянного магнитного поля на обратное. Угол же, на который ферритовый стержень поворачива­ ет плоскость поляризации волны, зависит от величины напряжен­ ности поля Н{)%прямо пропорционален длине стержня и в меньшей мере — его диаметру. Итак, вращение плоскости поляризации, открытое М. Фарадеем для света, может быть получено и на СВЧ. если волны этого диапазона пропустить через продольно-намагни­ ченную ферритовую среду.

В данном случае напряженность Н0 и размеры ферритового стержня выбирают с таким расчетом, чтобы стержень поворачивал плоскость поляризации на 45° При этом условии волна из волно­ вода 1 может попасть только в волновод 2, из волновода 2 — в вол­ новод 3 и из волновода 3 — в волновод 4. Во всех других направ­ лениях линии электрического поля в ответвлениях не перпендику­ лярны широким стенкам прямоугольного волновода и единственно возможная в них волна Н10 не возбуждается. Если к волноводу I подключить генератор, к волноводу 2 — антенну, а в волноводы 3 и 4 поместить поглощающие сопротивления, то волны от генера­ тора пройдут в антенну (рис. 8.4, б). Если последняя не будег в достаточной мере согласована с волноводом 2, то отраженные от антенны волны поглотятся в сопротивлении 3 (рис 8.4, в). Если же и от сопротивления 3 отразятся волны, то они поглотятся в сопро­ тивлении 4 (рис. 8.4, г). Такое устройство называется циркулятором.

58. Вентили, основанные на эффекте Фарадея

Вентиль такого вида (рис. 8.5, а) содержит прямоугольный волновод /, сообщающийся через плавный переход 2 с круглым волноводом 3, который через элемент 4 аналогичным способом переходит в прямоугольный волновод 5, повернутый относительно волновода / на угол 45°; в круглом волноводе находится ферри­ товый стержень 6, намагничиваемый продольным полем соленоида 7; кроме того, на переходных участках расположены тонкие погло­ щающие пластины <9 9, параллельные широким стенкам соответ­ ственно волноводов /, 5.

Работа вентиля, как и описанного циркулятора, основана на вращении плоскости поляризации волны Нп ферритовым стержнем. На входе 1 и выходе 5 используются волны Я10 а преобразование ее в волну Ни происходит в переходе 2\ обратное преобразование происходит в переходе 4. Плоскость поляризации прямой волны поворачивается ферритом на 45°, благодаря чему электрические