УПРАВЛЯЕМЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ФЕРРИТОВЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР 3-см ДИАПАЗОНА

May 15, 2012 by admin Комментировать »

Власов В. В.

Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина Физико-технический факультет пр. Курчатова, 31, г. Харьков -61108, Украина Тел.: 38 (0572) 350525, e-mail: vlasov@pem.concom.kharkov.ua

Аннотация – В докладе представлены результаты измерения зависимостей направления вращения вектора поля от напряженности внешнего магнитного поля волноводного ферритового поляризатора 3-см диапазона. Поляризатор представляет собой волноводную секцию круглого сечения с помещенной во внутрь ферритовой пластинкой прямоугольного сечения во внешнем магнитном поля соленоида.

I.  Введение

Как известно, для изменения вида поляризации СВЧ-колебаний в 3-см диапазоне (линейной в эллиптическую (круговую)) используются различные методы, Обычно для этой цели используются фазосдвигающие секции выполненные на основе круглого волновода, так называемые дифференциальные фазовращатели [1]. В работе используется поляризатор, предложенный впервые в [2]. Его принципиальное отличие от известных ранее подобных устройств – использование вместо диэлектрической ферритовой пластинки, помещенной во внешнее магнитное поле. В [2] было показано, что управление коэффициентом эллиптичности может осуществляться путем изменения напряженности продольного магнитного поля и угла поворота пластинки относительно радиальной составляющей магнитного поля волны.

II.  Основная часть

Ферритовый поляризатор представляет собой волноводною секцию круглого сечения длиной 130 мм и диаметром 23 мм. В волноводе в диаметральной плоскости помещалась ферритовая пластинка типа ЗСЧ с размерами 2,8×10,3×108,8 мм. Для улучшения согласования тракта концы пластинки были выполнены в виде клина. Волноводная секция могла вращаться вокруг продольной оси и, таким образом мог изменяться угол между плоскостью пластинки и вектором радиального магнитного поля волны. Возбуждение поля в волноводе производилось с помощью стандартного измерительного генератора 3-см диапазона, к которому через переходную секцию с прямоугольного сечения на круглое подключался поляризатор. В поляризаторе распространялась волна типа ТЕц с горизонтальной ориентацией радиальной составляющей магнитного поля Нг. С помощью двухсекционной многовитковой катушки, намотанной на волноводе, в волноводе создавалось продольное магнитное поле Но. Конструкция катушки давала возможность создавать в полости волновода встречное магнитное поле. За счет намагничивания половинок ферритовой пластинки в противоположных направлениях удается скомпенсировать поворот плоскости поляризации за счет эффекта Фарадея. Диапазон изменения напряженности магнитного поля в максимуме – от 0 до 150 э. Измерение коэффициента эллиптичности проводились методом поляризационной диаграммы с использованием вращающейся линейно поляризованной антенны. Направление вращения плоскости поляризации определялось с помощью двух спиральных антенн с правым и левым направлением навивки.

В [2] было показано, что с помощью предложенного ферритового поляризатора возможно преобразование волны линейной поляризации в волну эллиптической поляризации с коэффициентом эллиптичности г, достигающим значений 0,96н-0,98 (в пределах ошибки измерений). Причем, волны правой поляризации наблюдались в условиях, когда направление поля Но совпадает с направлением распространения волны в поляризаторе на ближней к нагрузке половинке феррита, а для волны с левым вращением – на ближней к генератору. Изменение направления вращения плоскости поляризации достигалось путем поворота пластинки на угол близкий к 90°.

В данной работе экспериментально продемонстрирована возможность управления направлением вращения плоскости поляризации без механического изменения положения ферритовой пластинки в волноводе. Возможность эта связана с тем, что магнитная проницаемость ферритов в исследуемой области частот растет с увеличением напряженности внешнего магнитного поля [3]. При изменении напряженности магнитного поля магнитная проницаемость может изменяться настолько, что сдвиг фаз между составляющей электромагнитной волны, лежащей в плоскости пластинки и составляющей, перпендикулярной плоскости пластинки и распространяющейся в воздухе, будет изменяться в интервале от +90° до -90°. При этом направление вращения плоскости поляризации должно изменяться с левого на правое. Покажем это на примере расчета сдвига фазы, исходя из параметров используемого в работе феррита. На частоте 8732 МГц относительная диэлектрическая проницаемость феррита £ = 10,5, а магнитная – |JZ = 0,95. В отсутствие магнитного поля на длине ферритовой пластинки, равной 10,88 см укладывается 1,54Авви 9,62АВФ, где Авв и Авф– длины волн в волноводе, распространяющихся в воздухе и в ферритовой пластинке, соответственно. В результате на длине пластинки устанавливается сдвиг фаз равный = 29°. В зависимости от начальной установки ферритовой пластинки в поляризаторе наблюдаются волны правого или левого вращения.

Измерения на частоте 8732 МГц показали, что при увеличении напряженности магнитного поля до значений больших по сравнению с [2], возможно изменение направления вращения плоскости поляризации при фиксированной установке ферритовой пластинки в волноводе. Так, в случае начальной установки ферритовой пластинки под углом 37° к горизонтальной оси при Н0 = 0 фиксировалась волна эллиптической поляризации с левым направлением вращения. При увеличении напряженности магнитного поля от 0 до примерно 50-100 Э наблюдалось изменение направления вращения с левого на правое (см. рис. 1). Следует отметить, что волны с правым направлением вращения наблюдались как при поло-

жительном токе в катушке магнитного поля (при этом направление магнитного поля совпадало с направлением распространения волны в волноводе на ближней к нагрузке половинке феррита), так и при отрицательном, когда направление магнитного поля

Рис. 1. Зависимость коэффициента эллиптичности г*10(1), амплитуд сигналов со спиральных антенн правого (2) и левого вращения (3) от напряженности магнитного поля Н0 Начальная установка ферритовой пластинки – 37°, частота 8732 МГц.

Fig. 1. Relation of elliptic coefficient r*10 (1), amplitudes of signals from helical antennas right-hand (2) and left- hand rotation (3) from magnetic field strength H0. The first position of the ferrite plate – 37°, frequency 8732 MHz

изменялось на противоположное. Если начальный угол установки феррита изменялся с 37° на (37 + 90)° наблюдалась иная картина – при Н0 = 0 фиксировались волны с правым вращением, а при больших величинах напряженности магнитного поля – с левым. Это говорит о том, что волна, вектор напряженности радиального магнитного поля которой параллелен плоскости пластинки, опережает по фазе волну, распространяющуюся в воздухе.

III.  Заключение

Таким образом, в работе экспериментально показано, что изменяя только напряженность и направление внешнего магнитного поля волноводного поляризатора можно перестраивать поляризацию электромагнитной волны с линейной на эллиптическую (круговую) с правым либо левым направлением вращения вектора поля.

IV. Список литературы

[1 ] Канарейкин Д. Б., Павлов Н. Ф„ Потехин В. А. Поляризация радиолокационных сигналов. М.:

Сов.радио, 1966

[2]    Власов В. В. Найденкова Д. И., Скорик Н. А. Волноводный ферритовый поляризатор 3-см диапазона. Сб. материалов 12-ой Международной конференции «СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии» , 2002, Севастополь, С. 556 – 557

[3]    Гуревич А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973

CONTROLLED 3-cm RANGE WAVEGUIDE FERRITE POLARIZER

Vlasov V. V.

V. N. Karasin Kharkov National University Department of Physics and Technology 31, Kurchatov Ave., Kharkov – 61108, Ukraine Tel.: 38 (0572) 350525 e-mail: vlasov@pem. concom.kharkov. ua

Abstract – In this work we have measured the dependence of the rotation direction of the radial magnetic component of the wave on the external magnetic field of the 3-cm range waveguide ferrite polarizer. This polarizer is the section of the circular waveguide with the rectangular ferrite plate in the external magnetic field of the solenoid.

I.  Introduction

As it is known, different methods of changing polarization states of microwaves oscillations in 3-cm range (linear in elliptical (circular)) are used. For this purpose the phase-shifting sections which are made on the basis of the circular wave-guide called the differential phase shifter [1] are usually used. The polarizer first proposed in [2] is used in this work. Its main difference from similar devices known before is that use the ferrite plate instead of a dielectric plate placed in the external magnetic field. The control of the elliptic coefficient can be made by changing the strength of the longitudinal magnetic field and the angle of the ferrite plate relatively with respect to the radial component of the wave magnetic field [2].

II.  Main Results

This work experimentally shows the possibility to control the direction of the polarization plane rotation without any mechanical repositioning of the ferrite plate in the wave-guide. This is explained by the fact that the magnetic field permeability of ferrite in the frequency range under study increases with the strength of the external magnetic field [3]. When the strength of the external magnetic field changes the magnetic permeability can change so, that the phase shift between component of the electromagnetic wave lying in the plane of the plate and component, perpendicular plane of the plate and distributing in air, will change in the interval from +90° up to -90°. So the direction of the rotation of the polarization plane must change from left- hand direction to right-hand direction.

Our measurement have shown that when the magnetic field strength changes in the wider range of frequencies as compared with the range in [2], the rotation of the polarization plane can be changed at the fixed position of the ferrite plate in the wave-guide. So, in the first placing of the ferrite plate as angle 37° to the horizontal axis at H0= 0 the wave of elliptical polarization with the left-hand rotation was fixed. After increase of the magnetic field strength from 0 to approximately 50-100 Oe the change of the right-hand rotation instead left-hand one was fixed. It is necessary to note, that the waves with the right-hand rotation were watched as at the positive current in the solenoid (the direction of the magnetic field coincided with the direction of the wave propagation in the wave-guide on the half of the ferrite plate nearest to the loading), as at negative current when the direction of the magnetic field changed on inverse. If the first angle of placing of the ferrite plate was changed from 37° to (37+90)" other situation was watched. At H0 = 0 waves with right-hand rotation were fixed, and after increasing of the magnetic field strength left-hand waves were fixed.

III.  Conclusion

Thus, the experimental results of this work show that the change of polarization of the electromagnetic wave elliptical (circular) instead linear with right-hand or left-hand direction of the field vector rotation can be made by changing only the strength and direction of the external magnetic field of the wave-guide ferrite polarizer.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты