Y-циркулятор

Y-циркулятори використовуються у діапазоні міліметрових та метрових хвиль. Конструктивно він являє собою з’єднання під кутом 120^о трьох ліній передачі (хвилеводних, коаксіальних або смужкових).

Переріз Y-циркулятора, побудованого на розгалуженнях прямокутного хвилеводу в Н-площині, зображений на рис. 4.28.

У центрі з’єднання ліній розміщується намагнічений вздовж осі феритовий диск. Якби у трійнику не було фериту, то хвиля, що потрапляє у плече 1, поділилась би порівну між плечами 2 та 3. При наявності підмагніченого фериту хвилі, що потрапляють у плечі 2 та 3 будуть суперпозицією двох полів: первинного та вторинного, яке перевипромінюється феритовим диском. Первинні поля у плечах 2 та 3 через симетрію будуть синфазними та однаковими за амплітудою.

Амплітуди та фази вторинних перевипромінених полів у плечах 2 та 3 залежать від розмірів та параметрів феритового диска. Змінюючи параметри фериту полем підмагнічування можна домогтися, щоб при однаковості амплітуд первинне та вторинне поля в плечі 2 були синфазні, а у плечі 3 протифазні. За таких умов електромагнітна енергія із плеча 1 повністю переходить у плече 2. Оскільки система симетрична, то коливання із плеча 2 будуть передаватися тільки у плече 3, а із плеча 3 − у плече 1, тобто буде реалізована така послідовність передачі

.

Під час зміни напрямку поля, яке підмагнічує ферит, логіка роботи циркулятора зміниться на зворотну

.

На роботу Y-циркулятора істотно впливає діелектричне кільце, що надягається на феритовий диск. Воно відіграє роль пристрою узгодження. Замість кілець іноді використовуються діелектричні осердя.

Циркулятори сантиметрового та міліметрового діапазонів працюють при слабких полях намагнічування фериту, чим пояснюється простота та мала вага магнітної системи. Сучасні хвилеводні Y-циркулятори у частотній смузі у 25…75 відсотках випадків мають такі приблизні параметри: розв’язка між плечами 20…30 дБ, прямі втрати 0,3…0,5 дБ, К_е=1,1…1,2. Потужності передачі досягають 100 кВт в імпульсі та 1 кВт у середньому значенні.

Y-циркулятори є широкосмуговими пристроями. Робоча смуга частот хвилеводних Y-циркуляторів досягає 30%, смужкових − октави.

Поряд з триплечовими циркуляторами у техніці НВЧ набули поширення чотириплечові циркулятори. Неважко переконатися, що, якщо у двох Y-циркуляторах з’єднати будь-яких два плечі, то отримаємо чотириплечовий циркулятор. У деяких випадках так і роблять. В інших випадках чотириплечові циркулятори будуються за іншими принципами. Як приклади, розглянемо циркулятори фазового та поляризаційного типів.

Циркулятор поляризаційного типу

Поляризаційний циркулятор сконструйований на основі використання ефекту Фарадея та виготовлений на основі поздовжньо-намаг-ніченого фериту. Конструкція чотириплечового хвилеводного циркулятора наведена на рис. 4.29.

Циркулятор поляризаційного типу складається із відрізка круглого хвилеводу із феритовим осердям, що розміщене на осі, і зовнішнього соленоїда, який утворює поздовжнє поле підмагнічування.

З обох сторін круглий хвилевід закінчується плавними переходами до прямокутних хвилеводів 1 та 2. Прямокутний хвилевід 2 повернутий, відповідно до вхідного, на кут у 45º. Перпендикулярно до осі

круглого хвилеводу є два бокових відгалужень прямокутних хвилеводів 3 та 4. Хвилеводи 3 та 4 також повернуті на кут у 45º.

Розміри круглого хвилеводу підібрані так, щоб в ньому могла розповсюджуватися тільки хвиля типу Н₁₁, а в чотирьох прямокутних хвилеводах, що з’єднані з круглим, тільки хвиля типу Н₁₀.

Параметри феритового осердя та величина поля підмагнічування вибирається так, щоб на довжині осердя площина поляризації хвилі типу Н₁₁ поверталась на кут 45º. У даному випадку під час проходження хвилі зліва направо площина поляризації повертається праворуч, а при зворотному проходженні − ліворуч на кут у 45º.

При збудженні плеча 1 (рис. 4.29, б) бокове плече 3 не збуджується, оскільки поляризація вектора хвилі Н₁₁ у круглому хвилеводі вертикальна. Таке поле не може збудити хвилю Н₁₀ у плечі 3. Після проходження фериту поляризація вектора хвилі Н₁₁ повертається праворуч на кут 45º. При цьому у боковому плечі 4 хвиля Н₁₀ не збуджується, вона збуджується у плечі 2, оскільки вектор перпендикулярний до широких стінок прямокутного хвилеводу. Отже, із плеча 1 сигнал проходить у плече 2.

При збудженні плеча 2 (рис. 4.29, в) бокове плече 4 не збуджується, хвиля Н₁₁ проходить через ферит справа наліво і площина поляризації вектора повертається ліворуч на 45º. Отже, вектор хвилі Н₁₁ виявляється перпендикулярним широким стінкам хвилеводу 3, і тому в цьому плечі збуджується хвилі Н₁₀.

У плечі 1 хвиля Н₁₀ не збуджується, оскільки вектор хвилі Н₁₁ є паралельним широким стінкам цього прямокутного хвилеводу. Отже, із плеча 2 сигнал проходить до плеча 3.

Аналогічно можна показати, що при збільшенні плеча 3 (рис. 4.29, г), сигнал виходить через плече 4, а при збудженні плеча 4 (рис. 4.29, д) виходить через плече 1. Таким чином, у даному випадку, логіка роботи
циркулятора буде такою:

.

При зміні напрямку поля підмагнічування Н₀ реалізується послідовність:

.