Вентиль на эффекте Фарадея

На рис. 6 представлен принцип действия вентиля, основанного на эффекте Фарадея (- направление распространения волны). Волна прямоугольного волновода 1 преобразуется плавным переходом 2 в волну круглого волновода 3. Ферритовый стержень 5, намагниченный катушкой 4, поворачивает плоскость поля­ризации волны на 45° по часовой стрелке, если смотреть вдоль вектора . Далее волна попадает через плавный переход 6 в прямоу­гольный волновод 7, повернутый относительно продольной оси на 45°, а затем в нагрузку. Если генератор подключен к волноводу 7, то энергия не сможет пройти в волновод 1, т. к. после плавного пере­хода 6 произойдет поворот плоскости поляризации на 45° также по ча­совой стрелке. После поворота плавный переход 2 отражает волну , мощность которой частично расходуется в поглощающей пластине 8, па­раллельной вектору напряженности электрического поля волны. У ос­тавшейся волны феррит дополнительно поворачивает плоскость поляри­зации на 45°, после чего поле частично поглощается пластиной 9 и т.д. Таким образом, волна, распространяющаяся справа налево, прежде чем попасть в волновод, испытывает значительное ослабление за счет многократных отражений и поглощений. Качество вентиля оценивается вентильным отношением.

4 1 2 3 6 7   а   8 5 9     б   в     г     Рис. 6.

Программа работы

Рис. 7

1. Ознакомиться с измерительной установкой (рис. 7) на рабочем месте, где обозначено: 1 - генератор; 2 - вентиль; 3 - аттенюатор; 4 - волноводньй переключатель; 5 - отрезок круглого волновода с ферритом, помещен­ный в соленоид; 6 - вращающееся сочленение; 7 - отрезок круглого волновода с ответвлением; 8 - детекторная секция; 9 - измерительный усилитель; 10 - источник подмагничивания.

2. Настроить генератор 1 начастоту = 9, 3 ГГц. Откалибровать измерительный усилитель 9.

3. Исследовать эффект Фарадея в намагниченном феррите 5. Для этого:

а) детекторную секцию 8 (приемник сигнала) присоединить к вер­тикальному выходу отрезка круглого волновода с ответвлением 7; к горизонтальному его выходу присоединить согласованную нагрузку;

б) установить волноводный переключатель 4 в положение А, соот­ветствующее прохождению сигнала в детекторную секцию;

в) включить источник питания постоянного тока 10, создающий в соленоиде 5 продольное по отношении к ферритовому стержню постоян ное магнитное поле ( =5 В);

г) снять зависимость угла поворота плоскости поляризации волны, прошедшей через подмагниченный феррит, от величины и направ­ления тока подмагничивания (силу тока изменять дискретно через 20 мА от 0 до 0, 12 А, направление подмагничивающего поля изме­нять поочередным подключением крайних точек соленоида к клемме " +" источника тока. При этом средняя точка соленоида должна быть посто­янно соединена с клеммой " -" и корпусом). Угол поворота фиксировать по максимальному показанию измерительного прибора 9;

д) построить зависимости и ;

е) сформулировать выводы.

4. Исследовать вентиль на эффекте Фарадея.

Для исследования характеристик вентиля необходимо измерить по­тери сигнала в вентиле при его прямом включении и его обратном включении .

Прямое включение вентиля реализуется током подмагничивания, обеспечивающим поворот плоскости поляризации волны на 45°, и соот­ветствующей этому току пространственной ориентацией выходного вол­новода.

Обратное включение вентиля реализуется механическим вращением выходного волновода на 90° в любую сторону относительно его положе­ния при прямом включении.

Чтобы исключить влияние нелинейности характеристики детектор­ного диода, измерение потерь следует проводить компенсационным ме­тодом по следующей методике:

а) при прямом включении вентиля установить затухание аттенюа­тора =25¸ 30 дБ. Переключая пределы измерения усилите­ля 9, добиться любого, не нулевого показания , которое следует за­фиксировать;

б) повернув выходной волновод на 90° относительно его положе­ния при прямом включении вентиля и уменьшая затухание аттенюато­ра3, восстановить на измерительном приборе усилителя показание . Записать новое значение затухания ;

в) детекторную секцию 8 подключить к свободному выходу волноводного переключателя4, который устанавливается в положение " Б". Увеличивая затухание аттенюатора 3, добиться показания измерительного прибора, равного ; записать величину затухания аттенюатора .

Внимание!

- после выполнения п. 4, а нельзя изменять пределы измере­ния усилителя 9 и уровень выходной мощности генератора 1;

- в результате измерений должно выполниться следующее соотно­шение между показаниями аттенюатора

> > ;

- если при выполнении пп. 4, б и 4, в не удается установить по­казание измерительного прибора, равного , следует повторить измерения, увеличив , чувствительность усилителя или выходную мощность генератора.

Тогда

= - ,

= - ;

г) определить вентильное отношение - ;

д) сформулировать выводы.

По окончании работы показать результаты преподавателю, выклю­чить приборы, привести в порядок рабочее место.

Контрольные вопросы

1. Чем обусловлены магнитные свойства феррита?

2. При каких условиях возникает вынужденная прецессия?

3. Чем характеризуется эффект ферромагнитного резонанса?

4. Чем определяется частота ферромагнитного резонанса?

5. Что происходит при продольном ферромагнитном резонансе?

6. Как изменяются составляющие тензора магнитной проницаемости в зависимости от величины подмагничивающего поля ?

7. Что происходит в намагниченном феррите при возникновении эффекта Фарадея?

8. Что характеризует постоянная Фарадея?

9. В каком случае феррит считается продольно-намагниченным?

10. В каком случае феррит считается поперечно-намагниченным?

11. При каких условиях возникает в намагниченном феррите нео­быкновенная волна?

12. При какой ориентации векторов и электромагнитной волны относительно постоянного внешнего поля возникает в феррите обыкновенная волна?

13. Чем характеризуется поперечный резонанс?

14. Чем характеризуется эффект смещения поля?

15. Какое свойство феррита используется в вентиле, выполненном на основе круглого волновода с волной ?

16. Что лежит в основе принципа действия гиратора?

17. Устройство и принцип действия вентиля на эффекте Фарадея.

18. Устройство и принцип действия аттенюатора на эффекте Фара­дея.

19. Методика измерения потерь в устройствах, использующих эф­фект Фарадея.

Библиографический список

1. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. М.: Энергоиздат, 1963.

2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978.

3. Вольман В.И.. Пименов Д.В. Техническая электродинамика. М.: Высшая школа. 1981. С. 264-275.

4. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970. С. 254-262.

ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИБОРОВ

Генератор ГЗ-14А