2.2. Ферритовые вентили

Вентиль представляет собой устройство, которое пропускает сигнал в прямом направлении и поглощает сигнал, распространяющийся в обратном направлении.

Основным элементом волноводного вентиля резонансного типа (рис. 2.3) является ферритовая пластина, находящаяся в постоянном подмагничивающем поле и помещенная в сечение а–x₁ (рис. 2.3), в котором поле основной волны Н₁₀ имеет круговую поляризацию. При распространении волны Н₁₀ по волноводу в направлении координаты (–z), т.е. к читателю, вектор магнитного поля будет вращаться по часовой стрелке, если смотреть вдоль . Если при этом для рабочей частоты выполняется условие ω₀=γ₀∙Η₀, то распространение такой волны будет сопровождаться потерями электромагнитной энергии за счет поглощения ее ферритом.

Рис.2.3. Ферритовый вентиль резонансного типа

Ослабление волны, распространяющейся в обратном направлении вдоль координаты z (от читателя), будет незначительным, так как ее вектор вращается против часовой стрелки и мало (рис. 2.3).

Рис.2.4. Устройство вентиля со смещением поля (а) и распространение в нём прямой и обратной волн (б)

В вентиле со смещением поля на ферритовую пластину, расположенную у боковой стенки волновода, наносят пленку из поглощающего материала (рис. 2.4). Поясним принцип работы такого вентиля, считая, что в волноводе распространяются волны в прямом (вдоль координаты z) и обратном направлениях (направления распространения на рис. 2.4 указаны стрелками).

Если протяженность постоянного магнитного поля соответствует области II (см. рис. 2.2), в которой , то структура поля волны Н₁₀, распространяющейся вдоль координаты z с правым вращением вектора , сильно искажается. Подбором толщины ферритовой пластины и ее параметров добиваются получения минимума электрического поля этой волны в области поглощающей пленки. Поэтому прямая волна проходит через вентиль с малым затуханием (рис. 2.4, а).

2.3. Циркуляторы

Циркуляторы Y- и X- типа. Различие в подмагниченных ферритах фазовых скоростей волн, для которых направления вращения вектора противоположны, позволяет создать простые по устройству, компактные трех- и четырехплечевые циркуляторы (рис. 2.5). Они представляют собой торцевое соединение трех (четырех) полосковых линий или волноводов в плоскости Н под углом 120 (90). В центре соединения устанавливается ферритовый диск 5, находящийся в постоянном поле дискового магнита 6.

Рис.2.5. Υ-и Χ-циркуляторы: а,б – конструкция; в - Χ-циркулятор на основе Υ-циркуляторов; г- применение Χ-циркулятора

Принцип работы волновых циркуляторов поясним с помощью рис. 2.5, а. Волна Н₁₀, поступающая на вход циркулятора по волноводу 1, преобразуется в области феррита в две волны, которые обегают диск навстречу друг другу, одна по часовой стрелке, другая против нее. Направления вращения вектора образовавшихся волн противоположны (в точках А и В), поэтому их фазовые скорости при подмагничивании феррита однородным полем Н₀, различны: . Параметры феррита и напряженности поля подбирают так, чтобы обе волны приходили к волноводу 2 в фазе, а к волноводу 3 в противофазе. При этом электромагнитная энергия будет поступать из волновода 1 в волновод 2 и не попадать в волновод 3. Аналогичным образом поясняется прохождение энергии из плеча 2 в плечо 3, из плеча 3 в плечо 1 и принцип работы четырехплечевого X- циркулятора (рис. 2.5, б). Заметим, что X- циркуляторы могут быть получены также соединением двух Y- циркуляторов (рис. 2.5, в). Потери циркуляторов в прямом направлении составляют 0,15…0,5 дБ, в обратном (развязка) – свыше 20…30 дБ.

Циркуляторы, в частности, используются для развязки приемника от передатчика при работе на одну антенну и для подключения (рис. 2.5, г) входных малошумящих усилителей (МШУ). Циркуляторы с изменяемым направлением подмагничивающего поля могут использоваться как переключатели на два канала. Подключая к одному из плеч Y- циркулятора согласованную нагрузку, получают вентиль.