CC BY
9
М. Ю. IЛЬЧЕНКО
Д0СЛ1ДЖЕННЯ ДЕЯКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗА6М0ДП СИСТЕМИ: КРУГЛИЙ ХВИЛЕВ1Д ФЕРИТОВИЙ РЕЗОНАТОР
ЛНшатюрний феритовий елшсоТд, намагшчений у режим! феро-магштного резонансу, поводить себе на НВЧ, як резонатор. Широке застосування таких резонатор ¡в в пристроях НВЧ обумовлюе не-обхщшсть дослщження взаемодц змшноТ нама'гшченосп феритового резонатора з електромаг- .
штними полями в р!з- ¡/^ ^
них лш!ях передач! НВЧ. Таке дослщження проведене для прямокут-ного хвилеводу [2—4] 1 для коакаально1 лшп [5,61.
У данш стагп доап-джуються амплггудш та фа зов1 характеристики
взаемоди ЗМ1НН01 нама- рИС } Феритовий резонатор в узгодженому гшченосп феритового круглому хвилевод!.
резонатора з електро-
магштними полями хвил1 типу Нп круглого хвилеводу при роз-мпценш резонатора в точках з координатами г0, а0 = 0, а0 = я 1 прикладенш зовшшнього магштного поля вздовж оа у (рис. 1). Вказано, що при розмиценш феритового резонатора в точках а0 ф О, а0 Ф я, кр1м амшитудних та фазових, спостер1гаються поляриза-цшш явища.
Для визначення амшитудних та фазових сшввщношень при вщ-сутност! поляризацшних явищ використаемо вирази для характеристик взаемодп, наведен! в роботах [7, 8]. При цьому треба знайти:
потужшсть, що поглинаеться резонатором при резонанс!,
Рф = — 2" ю^о1т ] тН*йю\ (1)
"Ф
потужшсть, що перевипромшюеться резонатором при резонан-С1 в напрям! до генератора,
= (2)
потужшсть, що перевипромшюеться резонатором при резонанс! в напрям1 до навантаження,
Р+ = ^ Яе С [£+//+*] (3>
де со —колова частота;
т —змшна намагшчешсть феритового резонатора; —об'ем феритового резонатора;
5Л —площа поперечного перер1зу Л1н11 передач!;
Еп у Нп —поля перевипромшювання, збуджуваш т вщповЦно в напрямах до генератора 1 до навантаження;
1 —одиничний вектор у напрям1 поширення енерги.
При визначенш гкшв перевипромшювання обмежимося роз-глядом од нор ¡дно 1 прецеаТ намаппченосп, не враховуючи нел!-шйш ефекти та ефект поширення електромагштних хвиль вздовж резонатора, розлири якого вважаемо малими пор1вняно з довжиною хвил1 та геометричними розм1рами хвилеводу. При намагшченосп фериту до насичення однорщним магнггним полем 1 малих розмь рах резонатора намагшчешсть останнього по об'ему також буде однородна, 1 його можна розглядати як випромшюючий магштний диполь з екывалентними магштними струмами
= ¡Щ^тх\ ^ = /со^0 тг, (4>
де тх, тг —складов! змшноТ намагшченосп фериту вздовж осей х, г прямокутно1 системи координат.
Поля перевипромшювання, збуджуваш змшною намагшчешстю феритового резонатора, знайдемо, користуючись методом Вайнштей-на [1]. У випадку узгодження хвилеводу поля перевипромшювання можна записати у вигляд1
Е п = 2 (С3Е3 + С_5£'_5); _
Н п = 2 (С5#5 +
—V
де — ампл1туди пол ¡в перевипромшювання, а Е±я, Н±$ — влас-ш хвил1 хвилеводу. 1ндекс « позначае тип хвил1, а його знак —на-прям поширення. Обмежившись розглядом одномодального хвилеводу, вирази пол ¡в перевипромшювання шукатимемо у вигляд1 шшв основного типу хвши без врахування вищих тишв хвиль. як1 вважаемо затухаючими.
Амшитуди гошв перевипромшювання через екв!валентш маг-híthí струми знайдемо з вираз!в
= (6)
1 °ф
де Ni —нормуючий множник
= j {[EyH-i] - [¿L.tfJ} IdS. (7)
V
Складов! електричних та магштних шшв хвил! типу #п круглого хвилеводу запишемо у вигляд!
Е±\,г ~ +ZaH\>a;
E±i.a — +ZttHi,r;
H±i,r = + J'l (М cos Í8)
H±ua = - -jj-JJ (P,r) Sin aeT/P*z;
H ±\,г = Т/т^Л ФгГ) cos
Лкр
О " 2л
де р, = т--поздовжне хвильове число:
лхв
Р2я
. = -т--поперечне хвильове число;
лкр
¿и --хвильовий onip хвилеводу;
Рг
Ххв —довжина хвил! в хвилевод!; . Якр = 3,413«;
R —внутршнш pafliyc хвилеводу. Шдставляючи (4) i (7) в (6), одержимо
(9)
Зв'язок м!ж зм!нною намагн!чен!стю фериту i амплитудами мжрохвильового MarHÍTHoro поля знайдемо, користуючись тензором магнпгно1 сприйнятливосп,
X — jk О
X = jk X 0 • (Ю)
ООО
Використовуючи (8)—(10) з врахуванням того, що X —k [3], одержимо
—' 4ёг « + tr^ ^J™* «о; (П)
с-=1К м - (ЫJl Нcosa а"
Тепер неважно обчислити спочатку потужносп, яш погли-наються та перевипромшюються резонатором [1—3], а гошм 1 кое-фвденти зв'язку [7] феритового резонатора з узгодженим круглим хвилеводом
12
К1 =
2
4,2у
фХр
Лкр
соэ^а,
о-
(12)
Характеристики взаемодп феритового резонатора з узгодженим круглим хвилеводом можна знайти за вщповщними формулами,
наведеними в Г7, 8]. Для цього необхщно обчислити коеф[щенти зв'язку резонатора з хвилеводом згщно з виразами (12) 1 пщстави-
0.6 0.2 <-02 <0.6
—< Ч
к ¿1
1.0
0.6
0.2
■0.2
-0.6 г0/Я
Рис. 2. Залежшсть коефодента про-ходження при резонанс! В1д координата розмщення феритового резонатора в круглому хвилевод! при 2И — 25 мм, / = 9 Ггц (точками показан! наслщки експерименту):
; — Оф= 1,1 мм8', Хр = 2150;
2— Вф= 2 мм3; Хр = 2460.
1т
аб «2 Й2
Г
/ ■
1.0
0.6
0.2
-0.2
■ом г0/е
Рис. 3. Залежшсть коефшента В1~д-биття при резонанс! вщ координата розмщення феритового резонатора в круглому хвилевод! за тих же да них,, що й на рис. 2.
ти одержан! величини до вЦповщних формул для характеристик взаемодп, наведених у вказаних роботах. Так, на рис. 2 1 3 показан! обчислеш таким чином та перев1реш експериментально за-лежносп коефщешчв проходження 1 вщбиття при резонанс! вщ координат розмпцення феритового резонатора кулевидно"! форми вздовж лши а0 = 0, а0 = я. Як видно, зв'язок резонатора 1 з хвилеводом менший вщ критичного, а резонатора 2 —бшьший вщ критичного значения. Коефицент вщбиття в точках з круговою поляризащею мшрохвильового магнггного поля дор1внюе нулю, а в репт точок зб1льшуеться ¡з зростанням величини зв'язку.
На рис. 4, 5 показан! ампл^удно-частотш та фазо-частотш характеристики коефвдента проходження при розм!щенн! феритового резонатора в точках з круговою та лшШною поляризацию м!крохвильового магштного поля. Як видно, при розмпценш резонатора в круговш поляризацп змша фазового кута коефщ!ен-та проходження в облает! феромагштного резонансу дор!внюе 2я (зв'язок резонатора з хвилеводом б!льший вщ критичного значения).
Для короткозамкненого круглого хвилеводу ампл1туду пере-випромшюваного поля можна записати у вигляд1 [1]
С = С_, + С+1е-/2рЛ (13)
де 20 —вдетань вщ резонатора до короткозамкнено'1 ctíhkh.
ITI -—1
&и)/ы0Ю~3
\ 1 f
^__ \ 1?ГТ'—■
^Яи j
ли)/и1аЮ'] -i
60 20
-29
-&}
Рис. 4. Амшптудно-частотна та фазо- Рис. 5. Лмшптудно-частотна та фазо-
частотна характеристики коефщ1ента частотна характеристики коефЫента
проходження для феритового резона- проходження для феритового резонатора (точками показан! наслщки експе- тора (точками показан! наапдки експе-
рименту): рименту):
Оф = 6 мм'; Хр — 4050 при г0 = 4,75 мм; а0 = 0; 2R — 25 мм; f = 9 Ггц.
Иф = 6 мм"; Хр' = 4050 при г„ = 0; 2R = 25 мм; f —9 Ггц.
Виконавши аналопчш розрахунки з врахуванням того, що в да-ному випадку резонатор перебувае в пол i стоячо'1 хвши,
Нх = 2 J í (p,r0) cos а0 cos ргг0е-/рЛ" HZ = 2^J1 (P,r0) cos а0 sin рггае_/РЛ (14)
Акр
неважко одержати спочатку г_ . ЗЗ.бЦфХ
Д2Ях в
j'l (Р,Г0) COS2 рг20 +
^кр
A (P,r0)sin2Mo
(15)
a noTÍM коеф1щент зв'язку феритового резонатора з короткозамк-неним круглим хвилеводом
i 2
т2 ,
к =
16,8ифХр
R4x
J1 (fV0) cos2 pzz0 -j-
п-кр
Jf(p,r0)sin2pz2fl
cos a„. (16)
Характеристики взаемодп феритового резонатора з коротко-замкненим круглим хвилеводом неважко обчислити за вщпов одними формулами po6iT \Ч, 8]. Наприклад, на рис. 6 показана виз-начена таким чином та експериментально перев1рена залежшсть коефЫента вщбиття при резонанс! вщ.вщсташ z0 лпж резонатором i короткозамкненого стшкою. Як видно, коеф1щент вщбиття дор1в-
ав
нюе нулю при зв'язку резонатора з хвилеводом, що доршнюе критичному. Амплпудно-частотна та фазо-частотна характеристики коефщента вщбиття аналопчш ¿¡дповщним характеристикам ко-ефЫента проходження при розмпценш феритового резонатора в круговШ поляризащ1 мшрохвильового магштного поля.
Зауважимо, що при змнценш феритового резонатора з лшц а0 = О, а0 = я площина поляризаци основного типу хвил1 Яц
може бути повернута на деякий кут, величина якого залежить вщ параметр ¡в феритового резонатора 1 координати його роз-мнцення в хвилеводь Резонансне повернення площини поляризаци електромагштноТ хвил1 фери-товим резонатором в круглому хвилевод1 вщбуваеться внасуп-
док того, що перевипромшюва-на резонатором енерпя переноситься електромагн ¡тною хви-лею, площина поляризаци якоТ вщр1зняеться вщ площини поляризаци падаючо1 хвиль Ос-танне пояснюеться тим, що фе-
ав
а«
0.2
-а?
о
№
Ш
015
аг 2,/Аа
Рис. 6. Залежншть коефщента вщбит-тя при резонанс! вщ вщсташ м1ж фери-товим резонатором 1 короткозамикаю-чою стшкою при тих же даних, що й рис. 5 (точками показан! наоидки екс- ритовий резонатор може бути перименту). зв'язаний з круглим хвилеводом
не лише через падаючу хвилю, а й через хвилю, площина поляризаци якоТ перпендикулярна до площини поляризаци падаючо1 електромагштноТ хвиль Супер-позищя падаючо1 та перевипромшювано'1 хвиль 1 визначае поля-ризацш хвюн, що проходить у напрям1 до навантаження узго-дженого круглого хвилеводу.
Наслщки досл1дження поляризащйних явищ будуть опубликован 1 у наступних роботах.
Л1ТЕРАТУРА
1. В айнштейн Л. А., Электромагнитные волны, «Советское радно», 1957.
2. Г у р е в и ч А. Г., Ферритовый эллипсоид в волноводе, Радиотехника и электроника, 1963, 8, № 5.
3. Микаэлян А. Л., Коблова М. М., Передача энергии в скрещенных волноводах при помощи намагниченного феррита, Радиотехника и электроника, 1962, 7, № 10.
4. Кисляковский А. В., Вунтесмери В. С., Фазовые соотношения при взаимодействии ферритового сфероида с электромагнитным полем волновода, Известия вузов СССР.— Радиотехника, 1965, № 4.
5. Масленникова В. В., Ферритовая сфера в коаксиальном волноводе, Радиотехника и электроника, 1964, 9, № 4.
6. Ильченко M. Е., Намагниченный ферритовый сфероид в коаксиальной линии, Вестник КПИ, № 2, серия радиотехники, Изд-во КГУ, 1965.
7. 1льченко М. Ю., К У Д i н о в 6. В., Характеристики взаемодп намагшченого феритового елемента з лЫею передач! НВЧ, В ¡сник КП1, № 3, сер ¡я радютехнжи, Вид-во КДУ, 1966.
8. I л ь ч е н к о М. Ю., К у д i н о в €. В., Про характеристики взаемо-дп феритового резонатора з лМею передач! НВЧ, Втнрк КП1, № 4, сер ¡я радю-TexHÎKH, Вид-во КДУ, 1967.
M. Е. ILTCHENKO
THE INVESTIGATION OF SOME INTERACTION CHARACTERISTICS OF SYSTEM: ROUND WAVEGUIDE—FERRITE RESONATOR
Summary
The expressions for reradiations fields of ferrite resonator by the method of supporting currents are found. These expressions are used for finding coupling coefficients of ferrite resonator with waveguide.
The expressions for interection characteristic of this coupling system are obtained. The experimental acknowledgement of the theoretical results are given.
