Способ измерения собственных значений гиротропных СВЧ тройников с осевой симметрией Советский патент 1961 года по МПК G01R25/02 

5i + -Sa + 5з Si -г sSj + sSg S, - SjSj + ,5з

Si + iSs -Si -f- S2 + Ss Si -r- SjSj + sjSj

5i + SjSj -J- e, 83 S, + sjSj + SiS, Si + 82 + Ss

(1)

. j.,ia

где и Sa - собсцвенрью значения матрицы 5; s. и 62 -- . По определению собстйенные значения матрицы рассеяния симмегричНрго сочлененйя суть коэффициенты отражения от любого из плеч сочленени } случая, когда во все плечи сочленения падают волны, амплитуди, и,Фазы.-которых подобраны таким образом, чтобы коэффициенты отражения во всех плечах были одинаковы. При отсутствии потерь все коэффициенты отражения S по модулю равны 1. Комбинации падающих волн, записанные в виде векторов-столбцов, называются собственными векторами сочленения. Симметричное сочленение с тремя плечами имеет три собственных вектора, которые записываются в виде:

В общем случае каждому собственному вектору соответствует свое собственное значение 5. Для взаимного тройника собственные значения Sj и 5з совпадают, гак как собственные векторы «2 и аз отличаю ся друг от друга только порядком следования фаз. Благодаря тому, что Sa 5з, собственные векторы взаимного тройника могут быть взяты в виде линейной комбинации az и а, в частности может быть выбрана система вещественных собственных векторов:

Ь.

Для невзаимного (гиротропного) симметричного тройника все три собственных значения различны. Различие между 52 и 5з определяется тем, что собственные векторы 02 и Сз создают в месте расположения феррита вращающееся магнитное поле СВЧ с круговой поляризацией, причем направления вращения оказываются различными для

-7-- GS И аз Для одного из собственных векторов направление вращения совпадает с направлением собственной прецессии феррита, а для другого собственного вектора оно противоположно ему. Поэтому эффективные магнитные проницаемости, а следовательно, и коэффициенты

- отражения для az и оз оказываются различными.

Система комплексных собственных векторов (2) для симметричного гиротропного тройника является единственной.

При соответствующем выборе геометрии волновода и феррита и величины магнитного поля в нем можно добиться, чтобы собственные значения S, Sz и 5з были сдвинуты на 120° относительно друг друга. В этом случае гиротропный тройник является циркулятором. Измерение обычных параметров (КСВ, развязок и потерь) гиротропного Yтройника не дает возможности судить о том, в какую сторону должны быть изменены геометрия системы и величина подмагничивающего поля для того, чтобы получить циркулятор. Необходимую информацию дают собственные значения матрицы рассеяния устройства. Действительно, фазовый угол между 52 и 5з в невзаимном тройнике определяется гиротропными свойствами феррита и в этом смысле аналогичен

(2)

а,

Sl

2

(3)

6„-1

дифференциальному фазовому сдвигу в фазовом циркуляторе. При отсутствии магнитного поля в ферритеэтот угол равен 0. С увеличением величины поля угол оастет. Если необходимая величина угла (120°) не достигается ни при каких значениях поля, активность фер. ритового элемента должна быть увеличена, для чего должен быть при:менен феррит с большей намагниченностью насыщения или должны быть увеличены размеры ферритового элемента.

Далее следует добиться того, чтобы угол между Si и Sj (или 5з) также равнялся 120°. Регулировка этого угла производится введением в тройник симметричных неоднородностей или из.менением размеров феррита (при соответствующем изменении поля, так чтобы сохранялась нужная величина угла между Sz и 5з).

Как следует из определения собственных значений, в общем случае для измерения собственных значений симметричного СВЧ сочленения необходимо одновременно подать во все его плечи сигналы, пропор циональные собственным векторам сочленения.

В случае изотропного симметричного тройника, удовлетворяющего принципу взаимности, для измерения двух его собственных значений Si и Sz достаточно подать сигнал в одно из плеч. При этом 5 вычисляется по коэффициенту отражения со стороны этого плеча, когда остальные два плеча имеют согласованные нагрузки. Для определения 3 используется то обстоятельство, что собственный вектор &з (3) имеет нулевую составляющую для одного из плеч, благодаря чему оказывается достаточным симметрировать второй сигнал (первый сигнал подается от генератора) при помощи короткозамыкающего порщня. Этот способ измерения собственных значений симметричных тройников пригоден для взаимных систем.

Для измерения собственных значений гиротропных тройников такой способ оказывается непригодным из-за невзаимности системы. В этом случае сигналы обязательно должны подаваться во все три плеча одновременно. В соответствии с тремя собственными векторами (2) гиротропного симметричного тройника во все его плечи должны быть поданы равные по амплитуде сигналы в трех комбинациях фаз: 0°, 0°, 0° 0°, 120°, 240° и 0°, 240°, Г20°.При этом во всех плечах устройства устанавливаются стоячие волны. Относительные положения узлов стоячей волны, измеренные в каком-либо одном плече для всех трех комбинаций фаз питающих сигналов, определяют углы между собственны.ми

значениями матрицы 5 устройства, т. е. определяют фазы собственных значений (амплитуды собственных значений при отсутствии потерь равны 1).

Необходимая взаи.мная фазировка трех сигналов обеспечивается применением щестиплечевого моста нового типа. Сигнал, поступающий 8 любое из плеч такого моста без отражения, делится на три равные части между плечом, противоположным запитывающему, и двумя прилежащими плечами, а два накрест лежащих плеча оказываются развязанными. При этом сигналы в прилел ащих плечах опережают по фазе на 120° сигнал в противоположном плече.

Три плеча измеряемого тройника соединены линиями передачи с тремя плечами шестиплечевого моста (через одно). В один из каналов включена измерительная линия. Электрические длины двух соединительных линий одинаковы, а третья линия короче их на 120°. Генератор сигнала через изолятор или аттенюатор поочередно подключается к каждому из трех остальных плеч моста, а в свободные в случае два плеча включаются согласованные нагрузки.

-3--АО 141899

№ 141899.-„-4

Измерение собственных значений производится следующим ofipaзом. Генератор включается в плечо / (чертеж А). В этом случае в плечи измеряемого тройника поступают синфазные сигналы. Эти сигналы полностью отражаются и, складываясь в плече 1 моста, поглощаются изолятором. При этом в линиях, связывающих тройник и мост, устанавливаются стоячие волны. Положение узла стоячей волны ii фиксируется по шкале измерительной линии. Эта величина определяет фазу собственного значения Si.

Для измерения Sj генератор включается в плечо 3 моста (чертеж Б).

В этом случае в плечи тройника будут поступать три сигнала с фазами 0°, 120°, 240°. Минимум стоячей волны сместится в положение /2, определяющее фазу 2.

При измерении 5з генератор включен в плечо 5 (чертеж В). Сигналы в плечах измеряемого тройника имеют при этом фазы 0°, 240°, 120°- Узел стоячей волны займет положение 4, определяющее фазу ЗзПо известным /р /2 и 1з определяются искомые фазовые сдвиги между собственными значениями Si S2 и 5з.

Описываемый метод измерения представляет в настоящее время практический интерес и может быть использован при исследовании указанных выше циркуляторов мостового типа, которые ввиду своей компактности и малого веса будут широко использоваться в новых разработках.

Предмет изобретения

Способ измерения собственных значений гиротропных СВЧ тройников с осевой симметрией, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения ферритовых элементов изолировано от всей системы, для получения системы стоячих волн в плечах измеряемого тройника, положение узлов которых определяет фазу собственных значений, применена система одновременной запитки трех плеч тройника с помощью щестиплечевого моста, подключаемого к тройнику одним плечом через измерительную линию, а двумя другими- непосредственно к тройнику с помощью двух одинаковых линий передьчп.: