Т-ЦИРКУЛЯТОР Российский патент 2016 года по МПК H01P1/38 

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.

Известна конструкция Т-циркулятора [А.Л. Микаэлян. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат, 1963 г., стр. 582, рис. 10-63, 10-64], содержащая симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий клин, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш, размещенный симметрично относительно плоскости симметрии Т-разветвления, диаметрально пересекающей его, и магнитную систему.

Недостатки состоят в узкой полосе рабочих частот и низкой электропрочности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция Т-циркулятора [RU 106041 U1, H01P 1/38, опубл. 27.06.2011 г.], содержащая симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий металлический клин, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш и магнитную систему, причем в симметричном волноводном Т-разветвлении дополнительно установлены два круглых цилиндрических ферритовых вкладыша, размещенных симметрично относительно плоскости симметрии волноводного Т-разветвления, а третий круглый цилиндрический ферритовый вкладыш установлен симметрично относительно плоскости симметрии волноводного Т-разветвления и диаметрально пересекается ею.

Недостаток такой конструкции Т-циркулятора состоит в узкой полосе рабочих частот.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение возможности расширения рабочей полосы частот.

Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в расширении полосы рабочих частот и повышении электропрочности.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что Т-циркулятор содержит симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий металлический клин, три ферритовых вкладыша, установленные в области круговой поляризации, и магнитную систему.

Новым в предлагаемом Т-циркуляторе является то, что все вкладыши выполнены в виде трехгранных равносторонних ферритовых призм, при этом все трехгранные равносторонние ферритовые призмы ориентированы одной боковой гранью ортогонально к оси симметрии волноводного Т-разветвления, а одним боковым ребром в сторону металлического клина.

На чертеже приведено схематичное изображение предлагаемого Т-циркулятора.

Т-циркулятор состоит из: симметричного волноводного Т-разветвления в Н-плоскости образованного средним волноводным каналом (1), двумя боковыми волноводными каналами (2) и (3), согласующего металлического клина (4), трех трехгранных равносторонних ферритовых призм (5), (6), (7) и магнитной системы (8).

Т-циркулятор работает следующим образом: поле волны Н₁₀, возбужденной в среднем волноводном канале (1) Т-циркулятора, достигнув симметричного волноводного Т-разветвления, возбуждает в боковых волноводных каналах (2) и (3) первичные волны H₁₀. В силу симметрии волноводного Т-разветвления первичные волны в волноводных каналах (2) и (3) равны по амплитуде и синфазны. Одновременно волна H₁₀, пришедшая из среднего волноводного канала (1), возбуждает намагниченные магнитной системой (8) трехгранные равносторонние ферритовые призмы (5), (6) и (7). Особенность возбуждения трехгранных равносторонних ферритовых призм (5) и (6) и правой и левой частей трехгранной равносторонней ферритовой призмы (7) состоит в том, что магнитная составляющая поля СВЧ волны H₁₀ с одной стороны (справа) от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок среднего волноводного канала (1), и с другой стороны (слева) имеет встречную круговую поляризацию (правую и левую). Величины магнитных проницаемостей одинаково намагниченных ферритовых вкладышей для право- и левополяризованных волн, т.е. левой трехгранной равносторонней ферритовой призмы (5) и правой трехгранной равносторонней ферритовой призмы (6), и левой и правой частей трехгранной равносторонней ферритовой призмы (7), различны. Это приводит к тому, что левая и правая трехгранные равносторонние ферритовые призмы (5) и (6), левая и правая части трехгранной равносторонней ферритовой призмы (7) по-разному воздействуют на симметричное поле волны H₁₀ в симметричном волноводном Т-разветвлении. Это вызывает возбуждение антисимметричной волны H₂₀ в симметричном волноводном Т-разветвлении, т.е. волны H₂₀, переизлученной трехгранными равносторонними ферритовыми призмами (5), (6) и (7), которая противофазно возбуждает боковые волноводные каналы (2) и (3). В силу симметричного расширения волноводного Т-разветвления, размер поперечного сечения допускает существование волны H₂₀. Таким образом, имеют место необходимое и достаточное условия существования волны H₂₀ в симметричном волноводном Т-разветвлении. В результате в одном из боковых (выходных) волноводных каналов, например (2), поле первичной волны H₁₀ и поле вторичной волны H₂₀ (переизлученной ферритовыми вкладышами) оказываются синфазными, а в другом волноводном канале (3) - противофазными.

При синфазности и равенстве амплитуд первичной и вторичной волн в боковом волноводном канале (2) энергия волны, возбужденной в среднем волноводном канале (1,) будет полностью передаваться в боковой волноводный канал (2). Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной волн в боковом волноводном канале (3) приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку этого волноводного канала. Т.е. будет осуществляться последовательная передача энергии электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1.

При возбуждении симметричного волноводного Т-разветвления волной Н₁₀ со стороны одного из боковых волноводных каналов, например (2), симметрия волноводного Т-разветвления в Н-плоскости отсутствует. Однако, в силу граничных условий на его стенках и принципа взаимности, в согласованном волноводном Т-разветвлении возбуждается поле по структуре аналогичное волне H₁₀, повторяющее структуру поля, возбуждаемого в волноводном Т-разветвлении со стороны среднего волноводного канала (1). В результате в волноводах среднего волноводного канала (1) и бокового волноводного канала (3) возбуждаются равные по амплитудам синфазные первичные волны H₁₀. Так же, как и при возбуждении со стороны среднего волноводного канала (1), при возбуждении электромагнитного поля со стороны бокового волноводного канала (2) все три одинаково намагниченных трехгранных равносторонних ферритовых призмы - левая трехгранная равносторонняя ферритовая призма (7), правая трехгранная равносторонняя ферритовая призма (5) и левая и правая части трехгранной равносторонней ферритовой призмы (6) - возбуждаются электромагнитным полем с встречной круговой поляризацией - левого и правого направлений. В связи с этим величина магнитной проницаемости трехгранных равносторонних ферритовых призм различна и соответственно переизлученное ими вторичное поле слева и справа по направлению его распространения противоположно (по поляризации вектора E), т.е. аналогично полю волны H₂₀ (вторичная волна). Размеры волноводного Т-разветвления в Н-плоскости за счет протяженности среднего волноводного канала (1) в направлении его продольной оси допускают существование волны, аналогичной волне Н₂₀. Это приводит к тому, что в одном из волноводных каналов, например (1), поля первичной и вторичной волн синфазны и складываются, а в другом волноводном канале (3) - противофазны и вычитаются. Т.е. будет осуществляться последовательность передачи энергии электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1.

При синфазности и равенстве амплитуд полей первичной и вторичной электромагнитных волн в волноводном канале (1) энергия волны, возбужденной в волноводном канале (2) будет полностью передаваться в волноводный канал (1). Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной электромагнитных волн в волноводном канале (3) приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку волноводного канала (3). При возбуждении Т-циркулятора со стороны волноводного канала (3) и сохранении направления магнитного поля, намагничивающего трехгранные равносторонние ферритовые призмы (5), (6) и (7), сложение первичного и вторичного полей будет происходить в волноводном канале (1), а вычитание - в волноводном канале (2), т.е. будет осуществляться последовательность передачи энергии электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1. При изменении направления поля, намагничивающего ферритовые призмы на встречное направление передачи волн, изменится на обратное: 1→3→2→1.

В предлагаемой конструкции Т-циркулятора расширению полосы рабочих частот и увеличению его электропрочности способствует выполнение конфигурации ферритовых вкладышей в виде трехгранных равносторонних призм. Постепенное увеличение их сечения от боковых ребер к центру влечет за собой плавное изменение эффективной диэлектрической проницаемости. Трехгранные равносторонние ферритовые призмы, установленные в области круговой поляризации слева и справа от плоскости симметрии в трехплечном волноводном Т-разветвлении, преобразуют часть энергии электромагнитного поля волны H₁₀ в электромагнитное поле волны H₂₀, что приводит к перераспределению поля в волноводном Т-разветвлении и снижению его концентрации в центре Т-разветвления. Все это ведет к расширению полосы рабочих частот Т-циркулятора и увеличению его электропрочности. А увеличение площади соприкосновения трехгранных равносторонних ферритовых призм с поверхностями волноводного Т-разветвления улучшает теплоотдачу (теплоотвод) от ферритовых деталей и тем самым повышает тепловую прочность.

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн. Т-циркулятор содержит симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий металлический клин, три ферритовых вкладыша, установленные в области круговой поляризации, и магнитную систему. Для расширения полосы рабочих частот и повышений электропрочности все вкладыши выполнены в виде трехгранных равносторонних ферритовых призм, при этом все трехгранные равносторонние ферритовые призмы ориентированы одной боковой гранью ортогонально к оси симметрии волноводного Т-разветвления, а одним боковым ребром в сторону металлического клина. 1 ил.

Т-циркулятор, содержащий симметричное волноводное Т-разветвление в Н-плоскости, согласующий металлический клин, три ферритовых вкладыша, установленные в области круговой поляризации, и магнитную систему, отличающийся тем, что все вкладыши выполнены в виде трехгранных равносторонних ферритовых призм, при этом все трехгранные равносторонние ферритовые призмы ориентированы одной боковой гранью ортогонально к оси симметрии волноводного Т-разветвления, а одним боковым ребром в сторону металлического клина.