Волноводный @ - циркулятор Советский патент 1992 года по МПК H01P1/39 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для развязки элементов фидерного тракта и переключения направления передачи СВЧ-энергии.

Известны волноводные Y-циркуляторы, выполненные на 120-градусном разветвлении прямоугольных волноводов стандартного сечения в Н-плоскости В центре разветвления устанавливается намагниченный вдоль оси разветвления ферритовый или более сложный ферритодиэлектриче- ский вкладыш обычно цилиндрической формы

Недостатком данного циркулятора является то, что рабочая мощность значитель- но (примерно в 10 раз) снижается сравнительно с максимальной пропускаемой мощностью исходных волноводов

Наиболее близким к предлагаемому является волноводный Y-циркулягор, в котором для повышения электропрочности использовано 120-градусное разветвлзчие волноводов в Е-плоскости В центре разветвления на боковых стенках размещены намагниченные вдоль центральной оси цилиндрические ферритовые вкладыши. В качестве волноводов применены прямоугольные замкнутые одномодовые металлические волноводы стандартного поперечного сеие- ния, определяемого рабочей длиной волмы.

Недостатками известного циркулятора являются пониженная сравнительно с ис- ходчым прямоугольным волноводом элект- ричес ая прочность, ограниченные возможности отвода теплоты, выделяющейся в ферритовых вкладышах, т.е. недостаточно высокая импульсная и средняя (непрерывная) пропускаемая мощность, а узкополосность электрических характеристик волноводного циркулятора.

Цель изобретения - повышение импульсной и средней (непрерывной) пропускаемой мощности, а также расширение рабочей полосы частот циркуляторз

Волноводный Y-циркулятор выполнен как симметричное 120-градусное разветвление в Е-плоскости лелобковых волноводов, при этом ширина желоба Ь, его глубина а и

ширина с удовлетворяют следующим неравенствам1

((i -- + 1

С } оsi

t. aa

где А- минимальная длина волны рабочего диапазона,

а длина ферритовых вкладышей ф и их диаметр Оф удовлетворяют неравенствам 1Ф а,

Дополнительно для обеспечения матых вносимых потерь циркулятора необходимо, чтобы минимальная длина щелей I удовлетворяла условию I 1,5с.

На чертеже приведена схема конструкции волнового Y-ииркулятора

Волноводный Y-циркулятор состоит из двух (левой и правой по основной проекции) пластин 1, образующих корпус прибора В этих пластинах выполнены по три желоба 2, сходящихся под углом 120 град в центре пластин и имеющих глубину а и ши рину Ь. Пластины зафиксированы на расстоянии с одна от другой, за счет чего образована щель 3 В центре разветвления желобов симметрично на обеих пластинах установлены цилиндрические ферритовые вкладыши 4, имеющие диаметр Оф, длину 1ф и намагниченные вдоль оси. При конкретной реализации конструкции, как правило, дополняется боковыми пластинами 5, фиксирующими левую и правую пластины корпуса одна относительно другой, На внутреннюю относительно объема циркуля- тора поверхность боковых пластин наносится слой поглотителя б, обеспечивающего электрогерметичность прибора. Повышение непрерывной пропускаемой мощности можно достичь путем обдува ферритовых вкладышей воздухом. Тогда в одной из боковых пластин выполняются одно или несколько отверстий 7 для вывода воздуха из объема циркулятора Подача воздуха (продувка) осуществляется через штуцера 8 (один или два), размещенные на других боковых пластинах Отверстие 7 и отверстия в штуцерах целесообразно выполнять таким диаметром, чтобы образующиеся при этом круглые волноводы оказывались запредельными для полей минимальной длины волны рабочего диапазона.

Циркулятор работает следующим образом

При подаче электромагнитной энергии в верхней по фиг 1 канал Y-циркулятора в желобковом волноводе 2 выполненном в пластинах 1, возбуждается поле структура которого соответствует основному для этого волновода типу колебаний классифицируе

мому как Н 11 Размеры желобкового волновода a, b с выбраны так, что поле основного типа Н 11 распространяется по нему с малым ослаблением, а в щелях 3 поля основного типа экспоненциально з атухают и практически не поглощают в поглотителях б Симметрично установленные, продольно относительно оси намагниченные цилиндрические ферритовые вкладыши 4 создаю т

в центре разветвления такую дифракционную картину поля, что структурой Н 11 возбуждается один из нижних по разрезу А-А выходных каналов циркулятора - правый или левый - в зависимости от направления

намагничивания вкладышей. Поле на входе другого канала, если смотреть от центра разветвления, будет соответствовать волне типа Н 12, Желобковые волноводы выполнены так, чтобы они оказывались запредельными для этой волны. В результате практически вся электромагнитная энергия из входного канала передается в один из выходны и может быть переключена в другой при изменении направления подмагничивания вкладышей на противоположное.

Обеспечить запредельность сечения желобкового волновода для волны типа Н 12 можно при удовлетворении размеров поперечного сечения этого волновода неравенствам

,|(f | + 1)//|ТГ.

Еще одно требование к соотношениям размеров желобкового волновода следует из необходимости в отсутствии паразитного типа колебаний Н 31 Вытекание Н 31 обеспечивается выполнением условия

(|-§-1).

Что касается размеров ферритовых вкладышей, то при их выборе необходимо учитывать следующие обстоятельства. Их длина 1ф а, так как в противном случае какая-то часть длины вкпадышей окажется в

области между пластинами 1, что приводит к росту потерь, связанному, по-видимому, с возбуждением высших типов волн. Кроме того, увеличение длины вкладышей снижает электропрочность прибора и уменьшение

0 теплоотвод через охлаждаемый торец вкладыша Диаметр ферритовых цилиндров Оф должен быть меньше диаметра окружности, вписанной в углы разветвления, 2b/ V3, чтобы обеспечить теплоотвод воздушными за5 вихрениями от цилиндрической поверхности вкпадышей

Для обеспечения у циркулятора предлагаемой конструкции малых потерь необходимо чтобы длина щели была достаточной и обеспечивала затухание полей основного

типа, скажем, на 30 дБ относительно их уровня в области желоба Используя известную методику, можно показать, что, если размеры волновода соответствуют выполнению условий, приведенных выше, минимальная длина щели I должна быть не менее полутора расстояний между пластинами 1, т е. больше или равна 1,5 с

Формула изобретения 1. Волноводный Y-циркулятор, содержащий 120-градусное разветвление волноводов в Е-плоскости, в центре которого на боковых стенках размещены намагниченные вдоль центральной оси ферритовые цилиндрические вкладыши, отличающий- с я тем, что, с целью повышения рабочей

b Г1-. с 2 а

0

5

мощности, волноводы выполнены желоПю- выми, при этом ширина желоба п, ег о i луби- на а и ширина щелей с удовлетворяют неравенствам

, 1+1)Л где Я- минимальная длина волны рабочего диапазона,

а длина ферритовых вкладышей ф и их диаметр Оф удовлетворяют неравенствам

ф а, ,

2 Циркулятор поп. 1,отличающий- с я тем, что, с целью снижения вносимых потерь, минимальная длина щелей I выполнена не менее 1,5 с.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для развязки и переключения в волноводных каналах Целью изобретения является повышение рабочей мощности и снижение потерь Цель достигается за счет использования в волно- водном 120-градусном Е-разветвлении же- лобковых волноводов с продольно намагниченными ферритовыми вкладышами и выбором ширины и глубины желоба, ширины и длины щелей по соотношениям, приведенным в формуле изобретения. 1 з п ф-лы, 1 ил

8