Антенны_конспект

S × S ×e j(ϕ1 −ϕ2 ) + S × S ×e j(2 −ϕ1 ) = S × S ×[ej(ϕ1 −ϕ2 ) + e− j(ϕ1 −ϕ2 ) ]=
1	2	1	2	1	2

= 2× S1 S2 ×cos(ϕ1 -ϕ2 ) = 0

т.е.ϕ1 − ϕ2 = ± π

2

Выходы обязательно записываются в квадратуре, если 2 плоскости симметрии.

6.2 Практические схемы баллансных устройств.

а)Гибридное кольцо (гибридный мост)-одна плоскость симметрии, 1 и 2 входы-

развязаны, т.к. ϕ1 −ϕ2 =π

121

ρ =

1

ρк2

ρ = ρ

Для согласования необходимо

2

в этом случае отражения от входа

ρ0

0

2

к

0

1-нет.

1

S31

=

S41

=

, т.к.

S31

2 +

S41

2 = 1

2

3π

1

− j π

j

1

− j

j

S =

=

S

=

e

2 = −

e

2

31

2

2

41

2

2

аналогично для остальных входов.

Гибридное кольцо выполняют на полосковых линиях, коаксеальных волноводах.

				0	0	− j		j
						− j
[S ] =	1			0	0			− j
2				− j	− j	0		0
					− j	0		0
				j
Оно узкополосное							f	≈10%. Основной элемент сужающий полосу- отрезок		3λк	. Для
							f
										4
							0

рассмотрения полосы используют переброс на π с помощью сосредоточенных элементов (емкость) или направленных ответвитеях на связанных линиях.

б). Двойной волноводный тройник (Т-мост)-одна плоскость симметрии.

122

					0	0	e jθ1	e jθ1
[S] =	1				0	0	e jθ 2	− e jθ
									2
				e jθ1		e jθ 2	0	0
2
						− e jθ 2	0	0
				e jθ1

Входы 1 и 2 развязаны по поляризации.

Входы 3 и 4 развязаны с помощью настроечных элементов: емкостной штырь и индуктивная диафрагма, они образуют фильтр-пробку.

θ1 и θ2 - зависят от плоскостей отсчета.

в). Волноводный щелевой мост.

123

Два волновода с общей узкой стенкой, часть которой убрана. В каждом из волноводов Н10 в общей области Н100 и Н200.

λН010

=

λ0

λН020 =

λ0

λ 0

λ 0

V

0 V

λ0

1−(

λ0 )2

0

)2

(

Н 20

Н 20

фН

20

фН 10

4а

2а

S41=	1				S31=	1				−jπ
									e 2 S =0
	2					2				21

l выбирают так, чтобы происходил поворот на	π/2	K 0	×l-K ×l=π/2
		H10	H
			20

2π	l −	2π	l =	π	l =	λН010 λН0 20
						4(λ0	20 − λ010 )	- условие согласования.
λ 0		λ 0		2
Н 10		H 20
							124

Устройство имеет 2 плоскости симметрии, поэтому матрица рассеяния симметричная относительно главной диагонали и в каждом из блоков.

ϕ41 −ϕ31 =π /2
				0	0	− j	1
[S ] =	1			0	0	1	− j
2				− j	1	0	0
					− j	0	0
				1

г). Дырочные направленные ответвители.

Два волновода спаяны узкой или широкой стенками. Отверстия небольшие, и ответвляется малая часть мощности, так как их диаметры одинаковы, то можно считать, что мощность излучается во второй волновод одинаково.

Вплече 2 волны компенсируются- т.к. противофазны.

Вплече 3 складываются- синфазны.

1

Коэффициент связи 20lg S31

Коэффициент направленности 20lg S31 , S21¹0, т.к. точной компенсации не

S21

получается.

Коэффициент связи много меньше 1, такие устройства используют для отбора части мощности. Недостаток-узкополосность.

Для расширения полосы и увеличения коэффициента связи используют:

125

7.Ферритовые устройства СВЧ.

7.1.свойства подмагниченных ферритов на СВЧ

Феррит-ферромагнитное вещество с очень малой проводимостью, что позволяет относить их к магнитодиэлектрикам. Состоит из доменов- областей с одинаково ориентированными магнитными моментами примерно 1 мк. В зависимости от технологии поликристаллы (окислы соответствующих металлов измельчают, прессуют, обжигают, анизотропии не имеют).

монокристаллы (расплавляют, выращивают из расплава, имеют естественную анизотропию, для их намагничивания требуется меньшее поле).

Типы ферритов.

Типа шпинель (кубическая кристаллическая структура, окислы железа, магния с добавками кадмия, марганца, кобальта, алюминия.

Типа гексагональной структуры (тоже самое + окислы бария, кальция, плюмбума). Типа граната,(тоже + итревые + окислы других редкоземельных элементов, имеют наименьшую намагниченность насыщения и малые потери).

Температура ,(точка) Кюри- потеря ферромагнитных свойств из-за дезориентации магнитных моментов (100-600° С для большинства СВЧ ферритов). ε=5-20 σ=10-3-10-8

См/м tg β =10-2-10-4.

В СВЧ используют анизотропные свойства намагниченного до насыщения постоянным магнитным полем феррита. Все собственные магнитные моменты ориентированы вдоль подмагничевающего поля Н0

− е рм = mе Le

Lе - это момент количества движения механический.

126

При выведении электрона из состояния равновесия он возвращается, прецессируя с частотой ферромагнитного резонанса.

f0=γН0, γ=2,74 МГц/эрст – гиромагнитная постоянная.

Из-за потерь спираль свертывающаяся. Время установки- сотые доли

R

микросекунды. Под действием СВЧ Рм выходят из равновесия из-за поперечных

R R

R

составляющих Н. Продольная по отношению к Н0 составляющая Н СВЧ поля не оказывает влияния, т.к. Н<< Н0

~

~

0

В = μа

Н

μа = μ0 μ

μ =

μ

jχ

− jχ μ

0

R

R

~

~

0

0

μ z

μ z ≈1

μ~ = μ′ − jμ′′

χ~ = χ′ − jχ′′

с учетом потерь

Так как имеется резонансная частота ƒ 0 и соответствующее ей поле Н0, то при приближении СВЧ поля к ƒ 0 наблюдается резонанс (сильное увеличение амплитуды прецессии, резко увеличиваются и потери

′′	− χ′′ −
μ

	′		2		2		2		2
	μ =1+Μγƒ	0/ƒ		-ƒ		χ′=Mγƒ/ƒ		-ƒ
			0				0

ƒ- рабочая частота,

M-намагниченность феррита зависит от марки.

Добротность феррита определяется шириной резонансной кривой μ′′ и χ ′′ .

127

3

μ ′′ , χ ′′

2

μ ′

1
1	2 ƒ 0/ƒ= Н0/Нрез

-1

χ ′

-2

Для поликристаллических ферритов, где поле Н0 для разных точек

различно Q≈10. Хотя каждый отдельный домен имеет большую добротность. У монокристаллического, особенно типа граната≈10000.

Имеется ряд областей поглощения в диапазоне 10-3000 МГц, связанных с колебаниями границ доменов. Обычно ферриты используют от λ=1,5 м- 100мм.

Для волны с линейной поляризацией

Вx = μ~H x + jχ~H y

By = − jχ~H x + μ~H y

B z = μ z H z

потери пока не будем учитывать, считая, что домен от резонанса.

Для волны с правой круговой поляризацией

− j π

H y = H x e 2 = − jH x

128

′

′

= (μ

′

′

)H x

Bx = μ H x

+ χ H x

+ χ

)H x

= (μ

)H y

′

′

′

′

′

′

By = − jχ H x − jμ H x

= − j(μ

+ χ

+ χ

Bx

= μ

= μ′

+ χ′

H x

прав

By

= μ

= μ′

+ χ′

H y

прав

Для волны с левой круговой поляризацией

H

= H

j π

= jH

y

e 2

x

x

)Hx

′

′

=

′

− χ

′

Bx = μ Hx

− χ Hx

(μ

)Hx

)H y

′

′

′

− χ

′

′

′

By = − jχ Hx

+ jμ Hx =

j(μ

= (μ

− χ

B

= μ

= μ′ − χ′

=

By

x

Hx

лев

H y

′

′

′

′

μправ=μ +χ

μлев=μ−χ

потери удваиваются

потери вычитаются

′

′

Мγf0

Mγf

Mγ ( f0 + f )

Mγ

μправ = μ

+

χ

=1+

+

=1+

=1+

f

f

2 − f 2

f

2 − f 2

f

− f

2

− f

0

0

0

0

′

′

γM( f0 − f )

Mγ

=1−

=1−

μлев = μ − χ

f

2

− f 2

+ f

f

0

0

Наблюдаются следующие эффекты:

1. Vправ≠Vлев, так как

кправ =ωεаμа =ωεа (μ¢+ χ¢) ¹ клев =ωεа(μ¢- χ¢)

это приводит к эффекту Фарадея- повороту плоскости поляризации плоской волны.

129

2.Для волны с правой круговой поляризацией в точке f = f0 наблюдается резонанс.

μпр	μлев
					μ	²
						пр
1			μлев			μправ
						Н0/Нрез
Обычно изображают график					f (H0 ), т.к. ƒ- рабочая частота для устройства заранее
задана и можно менять только подмагниченность поля. В свою очередь ƒ и Н0
связаны f 0	= γH 0 .

130