RU154065U1

RU154065U1 - Y-CIRCULATOR

Info

Publication number: RU154065U1
Application number: RU2015109301/08U
Authority: RU
Inventors: Вадим Иванович Добисов; Наталья Вячеславовна Растворова; Валентина Николаевна Лукина
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-08-10

Abstract

Y-циркулятор, содержащий симметричное трехплечное волноводное Y-разветвление в Η-плоскости, три ферритовые вкладыша и магнитную систему, отличающийся тем, что все ферритовые вкладыши выполнены в виде равносторонних трехгранных призм, установленных таким образом, что каждая из них соприкасается со стенками Y-разветвления в области круговой поляризации электромагнитной волны Н, причем любые две равносторонние трехгранные призмы размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии Y-разветвления в H плоскости, при этом каждая равносторонняя трехгранная призма ориентирована одной боковой гранью к центру разветвления.Y-circulator containing symmetric three-arm waveguide Y-branching in the Η-plane, three ferrite inserts and a magnetic system, characterized in that all ferrite inserts are made in the form of equilateral trihedral prisms, mounted in such a way that each of them is in contact with the walls of the Y- branching in the region of circular polarization of the electromagnetic wave H, and any two equilateral trihedral prisms are placed symmetrically relative to the symmetry plane of the Y-branching between them in the H plane, in this case, each equilateral trihedral prism is oriented by one side face to the center of the branch.

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 конструкции Y-циркуляторов [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. 2.9-2.16], содержащие симметричное трех плечное волноводное Y-разветвление в Н-плоскости, круглый цилиндрический ферритовый вкладыш, размещенный строго по центру разветвления, и магнитную систему.Known designs of Y-circulators [M.V. Vambersky, V.P. Abramov, V.I. Kazantsev. Design of microwave ferrite decoupling devices. Moscow, Radio and Communication, 1982, §2.3, pp. 47-57, fig. 2.9-2.16], containing a symmetric three-arm waveguide Y-branch in the H-plane, a round cylindrical ferrite insert placed strictly in the center of the branch, and a magnetic system.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция Y-циркулятора [RU 104781 U1 опубл. 20.05.2011 Бюл. №14], содержащая симметричное трех плечное волноводное Y-разветвление в H-плоскости, три круглых цилиндрических ферритовых вкладыша и магнитную систему.The closest in technical essence to the present invention is the design of the Y-circulator [RU 104781 U1 publ. 05/20/2011 Bull. No. 14], containing a symmetrical three-arm waveguide Y-branching in the H-plane, three round cylindrical ferrite inserts and a magnetic system.

Недостатками известных конструкций Y-циркуляторов является узкая полоса рабочих частот.The disadvantages of the known designs of Y-circulators is a narrow band of operating frequencies.

Задачей предлагаемой полезной модели является достижение возможности расширения полосы рабочих частот Y-циркулятора.The objective of the proposed utility model is to achieve the possibility of expanding the operating frequency band of the Y-circulator.

Технический эффект предлагаемой полезной модели состоит в расширении полосы рабочих частот Y-циркулятора и увеличении его электропрочности.The technical effect of the proposed utility model consists in expanding the operating frequency band of the Y-circulator and increasing its electric strength.

Сущность предлагаемого Y-циркулятора состоит в том, что Y-циркулятор содержит симметричное трех плечное волноводное Y-разветвление в Н-плоскости, три ферритовых вкладыша и магнитную систему.The essence of the proposed Y-circulator is that the Y-circulator contains a symmetric three-arm waveguide Y-branch in the H-plane, three ferrite inserts and a magnetic system.

Новым в предлагаемой полезной модели является то, что все ферритовые вкладыши выполнены в виде равносторонних трехгранных призм, установленных таким образом, что каждая из них соприкасается со стенками Y-разветвления в области круговой поляризации электромагнитной волны H₁₀, причем любые две равносторонние трехгранные призмы размещены симметрично относительно расположенной между ними плоскости симметрии Y-разветвления. При этом каждая равносторонняя трехгранная призма ориентирована одной боковой гранью к центру разветвления.New in the proposed utility model is that all ferrite inserts are made in the form of equilateral trihedral prisms, installed in such a way that each of them is in contact with the walls of the Y-branch in the region of circular polarization of the electromagnetic wave H ₁₀ , and any two equilateral trihedral prisms are placed symmetrically relative to the symmetry plane of the Y-branch located between them. Moreover, each equilateral trihedral prism is oriented by one side face to the center of the branch.

На фиг. 1 приведено схематичное изображение предлагаемого Y-циркулятора.In FIG. 1 is a schematic illustration of the proposed Y-circulator.

Y-циркулятор состоит из: первого волноводного канала (1), второго волноводного канала (2) и третьего волноводного канала (3), образующих симметричное трех плечное волноводное Y-разветвление (4) в H-плоскости, трех трехгранных равносторонних призм (5) и магнитной системы (6).The Y-circulator consists of: the first waveguide channel (1), the second waveguide channel (2) and the third waveguide channel (3), forming a symmetrical three-shoulder waveguide Y-branch (4) in the H-plane, three trihedral equilateral prisms (5) and magnetic system (6).

Y-циркулятор работает следующим образом: электромагнитная волна Н₎₀ возбужденная в одном из волноводных каналов Y-циркулятора, например, в первом волноводном канале (1), достигнув симметричного трех плечного волноводного Y-разветвления (4) возбуждает во втором волноводном канале (2) и в третьем волноводном канале (3) электромагнитную волну Ню- В силу симметрии трех плечного волноводного Y-разветвления (4) электромагнитные волны во втором (2) и в третьем (3) волноводных каналах равны по амплитуде и синфазны. В тоже время, симметричное расширение Y-разветвления (4) и соответственно увеличение размера его поперечного сечения в Н-плоскости обусловливает возможность существования электромагнитной волны H₂₀. Одновременно с этим, электромагнитная волна H₁₀ пришедшая из первого волноводного канала (1), возбуждает равносторонние трехгранные призмы (5) намагниченные ортогонально плоскостям замкнутых линий магнитных составляющих электромагнитной волны H₁₀.The Y-circulator works as follows: the electromagnetic wave H _{) 0} excited in one of the waveguide channels of the Y-circulator, for example, in the first waveguide channel (1), reaching a symmetrical three-arm waveguide Y-branch (4) excites in the second waveguide channel (2 ) and in the third waveguide channel (3), the Nyu electromagnetic wave. Due to the symmetry of the three shoulder Y-branch waveguides (4), the electromagnetic waves in the second (2) and third (3) waveguide channels are equal in amplitude and in phase. At the same time, the symmetric expansion of the Y-branch (4) and, accordingly, the increase in the size of its cross section in the H-plane makes it possible for the electromagnetic wave H ₂₀ to exist. At the same time, the electromagnetic wave H ₁₀ coming from the first waveguide channel (1) excites equilateral trihedral prisms (5) magnetized orthogonally to the planes of the closed lines of the magnetic components of the electromagnetic wave H ₁₀ .

Магнитная проницаемость (µ) ферритов, намагниченных ортогонально плоскостям магнитной составляющей электромагнитного поля, для волн встречной круговой поляризации различна [А.Ф. Фокс, С.Е. Миллер, М.Т. Вейс. Свойства ферритов и их применение в диапазоне СВЧ. Москва, «Советское радио», 1956 г.]:The magnetic permeability (µ) of ferrites, magnetized orthogonally to the planes of the magnetic component of the electromagnetic field, for waves of opposite circular polarization is different [A.F. Fox, S.E. Miller, M.T. Weiss. Properties of ferrites and their application in the microwave range. Moscow, "Soviet Radio", 1956]:

- для право поляризованной волны;

- for the right polarized wave;

- для лево поляризованной волны;

- for a left-polarized wave;

где µ₀ - магнитная проницаемость свободного пространства;where µ ₀ is the magnetic permeability of free space;

M - намагниченность феррита;M is the magnetization of ferrite;

γ - отношение магнитного момента электрона к его механическому моменту;γ is the ratio of the magnetic moment of the electron to its mechanical moment;

ω₀ - частота прецессии электрона в постоянном магнитном поле;ω ₀ is the frequency of the precession of the electron in a constant magnetic field;

ω - рабочая частота настройки циркулятора.ω is the operating frequency of the circulator settings.

Это проводит к противоположному воздействию первых двух (левой и правой) равносторонних трехгранных призм и левой и правой половин третьей равносторонней трехгранной призмы на симметричное поле волны H₁₀ в Y-разветвлении (4) в H-плоскости и вызывает возбуждение волны H₂₀, в свою очередь противофазно возбуждающей волноводные каналы (2) и (3)This leads to the opposite effect of the first two (left and right) equilateral trihedral prisms and the left and right halves of the third equilateral trihedral prism on the symmetric field of the H ₁₀ wave in the Y-branch (4) in the H-plane and causes the H ₂₀ wave to turn antiphase exciting waveguide channels (2) and (3)

Под воздействием постоянного магнитного поля магнитной системы (6), намагничивающей равносторонние трехгранные призмы (5), первичная электромагнитные волны H₁₀ и вторичная H₂₀, синфазны во втором волноводном канале (2) и противофазны в третьем волноводном канале (3). В результате этого, при равенстве амплитуд первичной Н₎₀ и вторичной H₂₀ элетромагнитных волн во втором волноводном канале (2) энергия электромагнитной волны возбужденной в первом волноводном канале (1) полностью передается во второй волноводный канал (2). Одновременно с этим в силу противофазности электромагнитных волн H₁₀ и H₂₀ в третьем волноводном канале (3) они компенсируют друг друга. Это обеспечивает развязку третьего волноводного канала (3), т.е. энергия электромагнитной волны возбужденной в первом волноводном канале (1) не передается в третий волноводный канал (3).Under the influence of a constant magnetic field of the magnetic system (6), magnetizing equilateral trihedral prisms (5), primary electromagnetic waves H ₁₀ and secondary H ₂₀ are in phase in the second waveguide channel (2) and out of phase in the third waveguide channel (3). As a result of this, when the amplitudes of the primary H _{) 0} and the secondary H ₂₀ amplitudes of the electromagnetic waves in the second waveguide channel (2) are equal, the energy of the electromagnetic wave excited in the first waveguide channel (1) is completely transferred to the second waveguide channel (2). At the same time, due to the antiphase of electromagnetic waves H ₁₀ and H ₂₀ in the third waveguide channel (3), they cancel each other out. This ensures the isolation of the third waveguide channel (3), i.e. the energy of the electromagnetic wave excited in the first waveguide channel (1) is not transmitted to the third waveguide channel (3).

Симметрия разветвления Y-циркулятора позволяет электромагнитной волне возбужденной во втором волноводном канале (2) передаваться в третий волноводный канал (3), а электромагнитной волне возбужденной в третьем волноводном канале (3) - в первый волноводный канал (1), т.е. 1→2→3→1 при одном и том же направлении намагничивающего поля, созданного магнитной системой (6). При изменении на противоположное направление намагничивающего поля передача электромагнитных волн изменится на встречное - 1→3→2→1.The symmetry of the branching of the Y-circulator allows the electromagnetic wave excited in the second waveguide channel (2) to be transmitted to the third waveguide channel (3), and the electromagnetic wave excited in the third waveguide channel (3) to the first waveguide channel (1), i.e. 1 → 2 → 3 → 1 for the same direction of the magnetizing field created by the magnetic system (6). When changing to the opposite direction of the magnetizing field, the transmission of electromagnetic waves will change to the opposite - 1 → 3 → 2 → 1.

В предлагаемой конструкции Y-циркулятора расширению полосы рабочих частот и увеличению его электропрочности способствует постепенное увеличение сечения трехгранных равносторонних призм от вершины к основанию. Равносторонние трехгранные призмы, размещенные в области круговой поляризации слева и справа от плоскости симметрии в трех плечном волноводном Y-разветвлении, преобразуют часть энергии электромагнитной волны H₁₀ в электромагнитную волну H₂₀, что приводит к перераспределению поля в Y-разветвлении, снижению его концентрации, расширению полосы рабочих частот Y-циркулятора и увеличению его электропрочности.In the proposed design of the Y-circulator, a widening of the working frequency band and an increase in its electric strength are facilitated by a gradual increase in the cross-section of trihedral equilateral prisms from the top to the base. Equilateral trihedral prisms located in the circular polarization region to the left and right of the symmetry plane in the three shoulder waveguide Y-branches, convert part of the energy of the electromagnetic wave H ₁₀ into the electromagnetic wave H ₂₀ , which leads to the redistribution of the field in the Y-branch, reducing its concentration, expanding the operating frequency band of the Y-circulator and increasing its electric strength.

Claims

Y-circulator containing symmetric three-arm waveguide Y-branching in the Η-plane, three ferrite inserts and a magnetic system, characterized in that all ferrite inserts are made in the form of equilateral trihedral prisms, mounted in such a way that each of them is in contact with the walls of the Y- branching in the region of circular polarization of the electromagnetic wave H ₁₀ , wherein any two equilateral trihedral prisms are placed symmetrically relative to the symmetry plane of the Y-branching between them in the H plane and, in this case, each equilateral trihedral prism is oriented by one side face to the center of the branch.