RU106987U1

RU106987U1 - Y-CIRCULATOR

Info

Publication number: RU106987U1
Application number: RU2011110467/07U
Authority: RU
Inventors: Вадим Иванович Добисов; Наталья Вячеславовна Растворова; Оксана Михайловна Терехова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-07-27

Abstract

Y-циркулятор, содержащий симметричное трехплечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков, и магнитную систему, отличающийся тем, что в трехплечном волноводном разветвлении дополнительно установлены два ферритовых вкладыша, причем любые два ферритовых вкладыша размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии трехплечного волноводного разветвления в Н-плоскости, а диаметры дисков ферритовых вкладышей выбираются из условия: ! ⌀Ф.Д.≤2·a'·tg30°, ! где ⌀Ф.Д. - диаметры ферритовых дисков; ! a' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода. A Y-circulator containing symmetrical three-arm waveguide branching in the H-plane, a ferrite insert made in the form of two round cylindrical ferrite disks, and a magnetic system, characterized in that two ferrite inserts are additionally installed in the three-arm waveguide branching, any two ferrite inserts being placed symmetrically with respect to the symmetry plane of the three-arm waveguide branching located in the H-plane between them, and the diameters of the disks of ferrite inserts are selected from lovia:! ⌀F.D.≤2 · a '· tg30 °,! where ⌀F.D. - diameters of ferrite disks; ! a 'is the distance of the planes of circular polarization of the magnetic field from the narrow walls of the waveguide.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике СВЧ и может быть использована в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.The proposed utility model relates to microwave technology and can be used in the waveguide paths of transmitters, receivers, radar antennas for directional transmission of electromagnetic waves.

Известны фазовые циркуляторы [А.Л.Микаэлян. Применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат, 1963 г. §10-4 стр.561-579], содержащие двойной тройник, щелевой мост и два невзаимных фазовращателя. Однако, они имеют большие габариты и массу.Known phase circulators [A.L. Mikaelyan. The use of ferrites at microwave frequencies. Gosenergoizdat, 1963 §10-4 p.561-579], containing a double tee, slotted bridge and two nonreciprocal phase shifters. However, they have large dimensions and weight.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция Y-циркулятора [М.В.Вамберский, В.П.Абрамов, В.И.Казанцев. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ. Москва, «Радио и связь» 1982 г. §2.3, стр.47-57, рис.2.16], содержащая симметричное 3-х плечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовый вкладыш, выполненный в виде двух круглых цилиндрических ферритовых дисков соосно расположенных на противоположных широких стенках симметричного волноводного разветвления в Н-плоскости, размещенный строго по центру разветвления и магнитную систему.The closest in technical essence is the design of the Y-circulator [M.V. Vambersky, V.P. Abramov, V.I. Kazantsev. Design of microwave ferrite decoupling devices. Moscow, “Radio and Communications” 1982 §2.3, pages 47-57, Fig.2.16], containing a symmetrical 3-arm waveguide branching in the H-plane, a ferrite insert made in the form of two round cylindrical ferrite disks coaxially arranged on the opposite wide walls of the symmetric waveguide branching in the H-plane, placed strictly in the center of the branching and the magnetic system.

Ее недостаток заключается в низкой электропрочности, что обусловлено, как размещением ферритового вкладыша в центре разветвления, где и без того максимальна напряженность и плотность электрического поля, так и еще большим их повышением за счет высокой диэлектрической и магнитной проницаемостей ферритового вкладыша.Its disadvantage is low electrical strength, which is due to both the placement of the ferrite insert in the center of the branch, where the electric field strength and density are already maximum, and their even greater increase due to the high dielectric and magnetic permeabilities of the ferrite insert.

Технический эффект состоит в повышении допустимого уровня непрерывной мощности и электропрочности Y-циркулятора за счет увеличения числа ферритовых вкладышей, размещения их вне области максимальной напряженности электрического поля в трехплечном волноводном разветвлении в Н плоскости, перераспределения электромагнитного поля и снижения его напряженности и концентрации в центре Y-разветвления.The technical effect consists in increasing the permissible level of continuous power and electric strength of the Y-circulator by increasing the number of ferrite inserts, placing them outside the region of maximum electric field strength in a three-arm waveguide branching in the H plane, redistributing the electromagnetic field and reducing its intensity and concentration in the center of Y- branching.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что она содержит симметричное трехплечное волноводное разветвление в Н-плоскости, ферритовые вкладыши выполненные в виде 2-х дисков соосно установленных на широких стенках волноводного разветвления в Н-плоскости и магнитную систему.The essence of the proposed utility model is that it contains a symmetrical three-arm waveguide branching in the H-plane, ferrite inserts made in the form of 2 disks coaxially mounted on the wide walls of the waveguide branching in the H-plane, and a magnetic system.

Новым в предлагаемом Y-циркуляторе является то, что в трехплечном волноводном разветвлении дополнительно установлены два ферритовых вкладыша, причем любые два (из трех) ферритовых вкладыша размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии трехплечного волноводного разветвления в Н-плоскости. При этом диаметры дисков ферритовых вкладышей (⌀_Ф.Д.) выбираются из условия:New in the proposed Y-circulator is that two ferrite inserts are additionally installed in the three-arm waveguide branching, and any two (of three) ferrite inserts are placed symmetrically with respect to the symmetry plane of the three-arm waveguide branching between them in the H-plane. In this case, the diameters of the disks of ferrite inserts (⌀ _F.D. ) are selected from the condition:

⌀_Ф.Д.≤2·a'·tg30°;⌀ _F.D. ≤2 · a '· tg30 °;

где а' - расстояние плоскостей круговой поляризации магнитного поля от узких стенок волновода, т.е. расстояние, на котором модуль продольной составляющей магнитного поля волны Ню равен модулю поперечной составляющей магнитного поля волны Н₁₀.where a 'is the distance of the planes of circular polarization of the magnetic field from the narrow walls of the waveguide, i.e. the distance at which the modulus of the longitudinal component of the magnetic field of the Nu wave is equal to the modulus of the transverse component of the magnetic field of the H ₁₀ wave.

На фиг.1 приведено схематичное изображение предлагаемого Y-циркулятора.Figure 1 shows a schematic illustration of the proposed Y-circulator.

Y-циркулятор состоит из: симметричного 3-х плечного волноводного разветвления в Н-плоскости в составе первого волноводного плеча 1, второго волноводного плеча 2, третьего волноводного плеча 3, 3-х ферритовых вкладышей 4, каждый из которых содержит по два круглых цилиндрических ферритовых диска 5, 6, 7, 8, 9, 10, и магнитной системы 11.The Y-circulator consists of: a symmetrical 3-arm waveguide branching in the H-plane as part of the first waveguide arm 1, the second waveguide arm 2, the third waveguide arm 3, 3 ferrite inserts 4, each of which contains two round cylindrical ferrite disk 5, 6, 7, 8, 9, 10, and magnetic system 11.

Y-циркулятор работает следующим образом:Y-circulator works as follows:

Поле волны Н₁₀ возбужденной в одном из волноводных плеч Y-циркулятора, например 1, достигнув симметричного 3-х плечного волноводного разветвления возбуждает в волноводных плечах 2 и 3 первичные волны Н₁₀. В силу симметрии разветвления первичные волны в волноводных плечах 2 и 3 равны по амплитуде и синфазны. Одновременно, волна Н₁₀, пришедшая из волноводного плеча 1 возбуждает намагниченные ферритовые вкладыши, расположенные в разветвлении симметрично справа и слева от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волноводного плеча 1. Особенность возбуждения ферритовых вкладышей, расположенных слева и справа от плоскости проходящей через средние линии волновода и левой и правой частей третьего вкладыша, диаметрально разделенного этой плоскостью состоит в том, что магнитная составляющая поля СВЧ в волне Н₁₀ с одной стороны (левой) от плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волновода, и с другой стороны (правой) имеют встречную круговую поляризацию (правую и левую). Величина магнитной проницаемости одинаково намагниченного феррита для право- и лево- поляризованных волн, т.е. дисков правого и левого ферритовых вкладышей и левой и правой частей ферритовых дисков третьего вкладыша, диаметрально разделяемого этой плоскостью различна. Это приводит к тому, что левый и правый ферритовые вкладыши, состоящие из 2-х круглых цилиндрических дисков и левая и правая половины ферритовых дисков 3-го вкладыша по разному (ассиметрично) воздействуют на симметричное поле волны Н₁₀ в симметричном разветвлении, что вызывает возбуждение антисимметричной волны Н₂₀ в разветвлении. В силу симметричного расширения волноводного разветвления размер его поперечного сечения допускает существование волны Н₂₀. Таким образом, имеют место необходимое и достаточное условия существования волны Н₂₀ в симметричном 3-х плечном волноводном разветвлении. В результате в одном из каналов, например 2-ом (выходном) поле первичной волны Н₂₀ и поле вторичной волны Н₂₀ (переизлученной ферритовыми вкладышами) оказываются синфазными, а в другом (3-м) противофазными. Выбором размеров ферритовых дисков вкладышей, их положения в 3-х плечном разветвлении и напряженности постоянного магнитного поля магнитной системы, намагничивающей ферритовые вкладыши можно добиться равенства амплитуд первичного и вторичного полей в каналах 2 и 3.The field of the H ₁₀ wave excited in one of the waveguide arms of the Y-circulator, for example 1, having reached a symmetrical 3-arm waveguide branch excites the primary waves of H ₁₀ in the waveguide arms 2 and 3. Due to the branching symmetry, the primary waves in waveguide arms 2 and 3 are equal in amplitude and in phase. At the same time, a wave of H ₁₀ coming from waveguide arm 1 excites magnetized ferrite inserts located in a branch symmetrically to the right and left of the plane passing through the middle lines of the wide walls of the waveguide arm 1. The excitation feature of ferrite inserts located to the left and right of the plane passing through the middle the line of the waveguide and the left and right parts of the third liner diametrically separated by this plane is that the magnetic component of the microwave field in the H ₁₀ wave _on one side (left g) from the plane passing through the middle lines of the wide walls of the waveguide, and on the other hand (right) have counter circular polarization (right and left). Magnetic permeability of identically magnetized ferrite for right- and left-polarized waves, i.e. the disks of the right and left ferrite inserts and the left and right parts of the ferrite disks of the third insert, diametrically divided by this plane are different. This leads to the fact that the left and right ferrite inserts, consisting of 2 round cylindrical disks and the left and right halves of the ferrite disks of the 3rd insert, act differently (asymmetrically) on the symmetric field of the H ₁₀ wave in a symmetrical branch, which causes excitation antisymmetric wave H ₂₀ at the branch. Due to the symmetric expansion of the waveguide branching, the size of its cross section allows the existence of the H ₂₀ wave. Thus, there are necessary and sufficient conditions for the existence of an H ₂₀ wave in a symmetrical 3-arm waveguide branching. As a result, in one of the channels, for example, the 2nd (output) field of the primary wave of H ₂₀ and the field of the secondary wave of H ₂₀ (reradiated by ferrite inserts) turn out to be in-phase, and in the other (3rd) out-of-phase. By choosing the sizes of the ferrite disks of the inserts, their position in the 3-arm branching, and the intensity of the constant magnetic field of the magnetic system magnetizing the ferrite inserts, it is possible to achieve equality of the amplitudes of the primary and secondary fields in channels 2 and 3.

При синфазности и равенстве амплитуд первичной и вторичной волн в волноводном плече 2, энергия волны возбужденной в волноводном плече 1 будет полностью передаваться в волноводное плечо 2. Одновременно противофазность и равенство амплитуд первичной и вторичной волн в волноводном плече 3 приводят к их взаимной компенсации и обеспечивают развязку 3-го волноводного плеча.When the phase and phase amplitudes of the primary and secondary waves in waveguide shoulder 2 are equal, the energy of the wave excited in waveguide shoulder 1 will be completely transferred to waveguide shoulder 2. At the same time, the antiphase and equality of amplitudes of the primary and secondary waves in waveguide shoulder 3 lead to their mutual compensation and provide isolation 3rd waveguide shoulder.

В силу симметрии разветвления волна из волноводного плеча 2 будет передаваться в волноводное плечо 3, а из волноводного плеча 3 в волноводное плечо 1 (т.е. будет осуществляться последовательность передачи электромагнитных волн из канала в канал 1→2→3→1). При изменении направления поля намагничивающего ферритовые вкладыши на встречное направление передачи электромагнитных волн изменится на обратное: 3→2→1→3.Due to the branching symmetry, the wave from waveguide arm 2 will be transmitted to waveguide arm 3, and from waveguide arm 3 to waveguide arm 1 (i.e., the sequence of transmission of electromagnetic waves from channel to channel 1 → 2 → 3 → 1 will be carried out). When you change the direction of the magnetizing field, the ferrite liners in the opposite direction of transmission of electromagnetic waves will change to the opposite: 3 → 2 → 1 → 3.

В предлагаемой конструкции Y-циркулятора за счет установки 3-х ферритовых вкладышей, каждый из которых состоит из 2-х круглых цилиндрических дисков, и их размещения на периферии волноводного разветвления в Н-плоскости происходит перераспределение электромагнитного поля, что снижает его напряженность и концентрацию в центре Y-разветвления и значительно повышает электропрочность Y-циркулятора.In the proposed design of the Y-circulator due to the installation of 3 ferrite inserts, each of which consists of 2 round cylindrical disks, and their placement on the periphery of the waveguide branching in the H-plane, the electromagnetic field is redistributed, which reduces its intensity and concentration in the center of the Y-branch and significantly increases the electrical strength of the Y-circulator.

Claims

A Y-circulator containing symmetrical three-arm waveguide branching in the H-plane, a ferrite insert made in the form of two round cylindrical ferrite disks, and a magnetic system, characterized in that two ferrite inserts are additionally installed in the three-arm waveguide branching, any two ferrite inserts being placed symmetrically with respect to the symmetry plane of the three-arm waveguide branching located in the H-plane between them, and the diameters of the disks of ferrite inserts are selected from lovia:

⌀ _F.D. ≤2 · a '· tg30 °,

where ⌀ _F.D. - diameters of ferrite disks;

a 'is the distance of the planes of circular polarization of the magnetic field from the narrow walls of the waveguide.