нансных вентилях и фазовых циркуляторах используют магнитные системы, аналогичные приведенной на рис. 13.30, б. В развязывающих приборах высокого уровня мощности, например фазовых циркуляторах, применяют электромагниты. Продольное магнитное поле в волноводных фазовращателях и циркуляторах на эффекте Фарадея, используемых в миллиметровом диапазоне длин волн, создается, как правило, соленоидами.

Глава 14

РАЗВЯЗЫВАЮЩИЕ ПРИБОРЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ СВЧ

§ 14.1. РОЛЬ РАЗВЯЗЫВАЮЩИХ ПРИБОРОВ В ПЕРЕДАТЧИКАХ СВЧ

Ферритовые развязывающие приборы являются невзаимными устройствами, в которых электромагнитная энергия со входа на выход передается практически без потерь и почти не проходит с выхода на вход, поглощаясь в самом приборе или в специальной нагрузке. Таким образом вход оказывается развязанным с выходом. Нёвзаимные свойства развязывающих приборов обусловлены свойствами намагниченного феррита.

Применение развязывающих приборов в передатчиках СВЧ не только значительно улучшает параметры передатчиков, но и позволяет реализовать принципиально новые схемы и использовать новые генераторные приборы. Рассмотрим наиболее характерные случаи использования развязывающих приборов.

При работе генератора на нагрузку стабильность частоты, фазы и отдаваемой мощности существенно зависит от параметров нагрузки и от их изменения во времени. В тех случаях, когда нагрузка недостаточно согласована с фидерным трактом, а его длина от генератора до нагрузки велика, генератор работает нестабильно даже при неизменных параметрах нагрузки (эффект длинной линии). Радикальным средством устранения любого влияния нагрузки на генератор является включение в фидерный тракт развязывающего прибора на выходе генератора. Без развязывающих приборов сложно создавать многокаскадные усилители мощности, а реализация усилительных цепочек на

мощных приборах типа ЛБВ и амплитронов практически невозможна. Без применения циркуляторов невозможно использование двухполюсных генераторных приборов (диодов Ганна, ЛПД). Встраивание развязывающих приборов внутрь электровакуумных генераторных приборов некоторых типов позволяет улучшать их параметры.

В качестве развязывающих приборов используют ферритовые вентили - невзаимные четырехполюсники, или циркуляторы - невзаимные 2п полюсники, где п - число плеч циркулятора. Циркуляторы обычно используют в вентильном режиме, когда в одно из плеч включена согласованная нагрузка, в которой поглощается энергия отраженной от выхода волны. В вентиле энергия обратной волны поглощается в самом приборе.

Вентили характеризуются следующими параметрами: прямыми потерями (прямое затухание) Lp, определяющими поглощение (малое) энергии, передаваемой в прямом направлении; обратными потерями (обратное затухание) Lo6, определяющими поглощение (большое) энергии, передаваемой в обратном направлении *, Kz,u - коэффициентом стоячей волны, определяющим степень согласования входа и выхода. Эти параметры обычно задают в полосе рабочих частот.

В циркуляторах, имеющих три плеча и более, энергия передается из входного плеча только в одно выходное, остальные плечи - развязаны. Циркулятор характеризуется параметрами: вносимыми потерями L , развязкой £раз> стУ- Параметры также задаются в полосе рабочих Частот.

У современных развязывающих приборов

Lnp, Lbb0,5 дБ; Los, £раз^20 дБ; К„у<1,2.

В зависимости от условий эксплуатации и конструкции передатчика развязывающие приборы характеризуют также допустимым уровнем средней и импульсной мощности; интервалом рабочих температур; допустимыми механическими воздействиями; надежностью; сроком службы; габаритами и массой.

* Для характеристики вентиля используют также параметр В - LgQ/Lap, который называется вентильным отношением.

§ 14.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РАЗВЯЗЫВАЮЩИХ ПРИБОРОВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

Если в феррите действует магнитное поле H = Hq + /ге , где Но - постоянная, а hd* - переменная составляющие этого поля, причем Но направлена по оси z прямоугольной системы координат х, у, г, то связь между векторами индукции и напряженности СВЧ магнитного поля может быть записана в виде

b = Honh,

где

\1 -jk О jk \i О о о

тензор магнитной проницаемости феррита. Из кососимметричности тензора \х, (различные знаки у недиагональных членов) следует, что можно создавать ферритовые невзаимные приборы. Компоненты тензора - величины комплексные, т. е. ц == ц' - k = k - jk , = цз - Jul, так же как и относительная диэлектрическая проницаемость феррита бф = бф - /бф, причем к , определяют магнитные, а бф - диэлектрические потери в феррите. Когда величины i , fe , Из, бф невелики, будем считать, что /г ~ Л'; Из ~ 1з ~ 1 и бф ~ бф. Компоненты тензора \х, намагниченного до насыщения феррита определяются соотношениями

Н--Т^ (a2-l)2-f 4а2б2/(1+б2) / - (а2-1)р

/г' = -

(а2 1)2+4062/(1+62)- о2-1 бр(о2+1)

(02 - 1 )2 + 4о2б2/( 1 -f 62)

(14.1)

k =~

2Ьро

(а2 1)2 + 4а2б2/(1+б2)

a = yHo/{fVT+¥)yHo/f; б^уАН/f,

где б = 10 - 10-2 фактор Ландау-Лифшица, определяющий магнитные потери в феррите; jo и о - соответ-