рис. 17.09.2, а другие параметры те же, что были определены при рассмотрении выражений (17.07.1) и (:17.07.2).

На рис. 17.09.2 показаны зависимости добротности Qe от диаметра ИЖГ сферы (4яМ =1750 гс), помещенной в различные волноводы стандартной высоты. Для пересчета значений Qe. полученных из этого рисунка, для волноводов, высота которых не является стандартной, используется соотношение

При пересчете величин для других материалов, а ие ИЖГ используется соотношение

am от т та/ г

Рис, 17.09.2. Зависимость добротности Qe сферического ИЖГ резонатора от диаметра D для стучая его размещения в пучности магнитного поля короткозамкнутого прямоугольного волновода, работающего на волне ТЕю. X X. с. S - кривые соответственно для / -диапаэона (0=13.55, ь 77Ъмм) Х.днапязона (а=25, fc-Ю С-диапаэона (а-46.8;

t-2I,6J i: .диапазона (О-71.0. fc -33.5 ). Дняиетр £, амеряегся в люймах

где 6 -высота стандартного волновода; 6 -высота используемого волновода; QeU, Q.Iвнешние добротности волноводов с высотой Ь и Ь' соответственно.

с:=-Ое-

(17.09.3)

где М,1М',-отношение намагниченностей насыщения для ИЖГ и для используемого материала соответственно; Qe-внешняя добротность для ИЖГ, получаемая нз рис. 17.09.2; -внешний добротность для фактически используемого ферромагнитного материала.

На рис. 17.09.3 приведены теоретические и экспериментальные данные для внешней добротности ИЖГ сфер в волноводе Х-диа-пазона с уменьшенной в четыре раза высотой (относи- *; тельно стандартной). Этот рисунок иллюстрирует довольно .хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов. Однако, как и для полосковой конструкции, рассмот,ренной в § 17.08, можно ожидать, что наличие отверстия нли щели, смежных с резонатором, увеличит его внешнюю добротность примерно на 20% или несколько более.

Надлежащее расстояние между сферами и размеры

и го а

отверстия связи определяются так же, как было опнса- Р , Теоретические (сплошная лн-нп в SS 17 07 н 17 08 Ппи экспериментальные (светлые круж но в \/.и/ и при- КИ) значеиия добротностей (Зс ИЖГ-рсзо блнженные размеры МОЖ- яаторов, определенные для частоты 10 I НО найти путем пересчета в волноводе .Д;-диапазопа стандартной шп-расстонний между сферами Р уменьшенной высотой.

Н размеров отверстий, толу- т -лпаметр сферы. Все размеры в ял,

ченных для примера § 17.08, попользуй методы, изложенные в § 17.07, Вначале желятелыю выбирать размер отверстия несколько меньше требуемого (например, в случае удлиненной щели взять более узкую щель, чем необ.чодимо), а затем увеличивать его вплоть до обеспечения нужной формы характеристики в полосе пропускания (или коэффициента связи).

Как было отмечено в § 17.05, связь с магнитостатическимн колебаниями высшего порядка в ферромагнитном резонаторе увеличивается с ростом частоты. В работе Флетчера и Солта [18]показано, что эта связь сильно зависит от диаметра сферы по отно-- 471 -

Ш6НИЮ к длине волны. Таким образом, для одинакового уровня паразитного искажения характеристики пря прочих равных условиях в фильтрах, рассчитанных для работы в Д'-диапазоне или более высоком диапазоне, должиы использоваться сферы меньшего диаметра, чем в фильтрах S-диапазона.

17.10. Направлеииые фильтры с магнитной перестройкой, обладающие свойствами циркулятора

На рнс. ПЛОЛа показан волиоводный направленный фильтр, рассмотренный в гл. 14. В этом фильтре иопагьзуготся цилиндрические разонаторы с круглыми отверстиями связи, через которые может распростраияться прн резонансе волна ТЕц с круговой по-

Рнс, 17.10,]. Конфигурация дву.хре зонаторного направленного фильтра с фиксированной настройкой (а) и экс-пер11.чента.тьные характеристики его зат>хэчня н ксв (6).

Затухание измерено в дб отгюснтелыго Бкодного снгна.па в плече 1

1,-0.10 г,-т % ffii

лярнзацней. Первое и последнее отверстия прорезаются в тех участках стенок прямоугольных волноводов с основной волной ТЕо,

где магнитное поле имеет круговую поляризацию на резонансной частоте объемных резонаторов. Вследствие круговой поляризации в резонаторах и в отверстиях связи сигнал следует от плеча / через резонаторы к плечу 4 (когда резонаторы находятся в режиме резонанса), а в плечн 2 и 5 он (теоретически) не передается. На нерезонансных частотах весь сигнал следует от плеча / - 472 -

в плечо 2. На рис. 17.10.16 приведены измеренные характеристики затухания при передаче от плеча / к плечу 2, 3 и 4 для двухрезонаторного фильтра .рассматриваемого типа. На том же рисунке представлена кривая ксв для плеча /. Теоретически такой тип фильтра будет всегда согласован в любом из своих плеч, если три других плеча подключены к волноводным нагрузкам с ксв, равным единице.

На рис. 17.10.2q показан двухрезоиаторный направленный фильтр с магнитной перестройкой, который способен давать такие же характеристики затухания, как приведенные на рис. 17.10.16, если его входом служит плечо /. Уже отмечалось выше, что в случае фильтров, показанных на рнс. 17.09.1, сферические ферромагнитные ИЖГ резонаторы размещаются в волноводе с уменьшенной высотой, чтобы увеличить связь между волноводами и сферами, а ступенчатые трансформаторы используются для согласования волноводов с уменьшенной высотой .и нагружающих волноводов со стандартной высотой. ИЖГ сферы размещаются в тех точках волновода, где переменное магнитное поле будет иметь круговую поляризацию.

При ферромагнитном резонансе переменное магнитное поле с круговой поляризацией в первом волноводе возбуждает сильный магнитный момент с круговой поляризацией в первой сфере (см. § 17.05). Этот магнитный момеят, в свою очередь, создает сильное магнитное поле с круговой поляризацией, с помощью которого осуществляется связь через круглое отверстие со второй сферой. Тогда во второй сфере будет возбуждаться сильный магнитный момент с круговой поляризацией, который вызовет излучение энергии из плеча 4. Таким образом, фильтр, представленный на рнс. 17.10.2а, будет работать в основном так же, как и фильтр на рис. I7.10.ia, если мощность подается в плечо /. Основное отличие заключается в том, что в одном фильтре используются явления резонанса при круговой поляризации полей в электромагнитных резонаторах, а в другом - явления резонанса при круговой поляризации полей в ферромагнитных резонаторах.

Если сигнал подается в плечо 4 фпльтра, изображенного на рис. 17.10.1о, то его характеристики передачи будут такими же, как показано на рнс. 17.10.16. но в этом случае кривая, относящаяся к плечу 4, будет соответствовать плечу / и т. д. Это необходимо подчеркнуть, так как данный фильтр является взаимным устройством. В то же время, как было отмечено в § 17.05, ферромагнитные резонаторы не являются взаимными элементами цепи. В результате, если сигнал подается в плечо 4 фильтра, приведенного на рнс. 17.10.2а, то магнитные поля будут иметь другое направление круговой поляризации при резонансе и сигнал будет передаваться в плечо 3 вместо плеча /, как было бы в случае фильтра, приведенного на рис. 17.10.1g. Следовательно, при резонансе мы можем получить передачу от плеча / к плечу 4\ от плеча к плечу 5; от плеча 3 к плечу 2; от плеча 2 к плечу /. Поэто-- 473 -

Плечо i

мяг„Лп? Конфигурация направленного фильтра-циркулятора с магнитной перестройкой fa; и его теоретические и экспериментальные характеристики (6). Теоретические характеристики показаны пунктиром- эиспепнментяльни..- т. ,

MJJt передача и обратном направлении (ог плеча 4 к плёчч Л Магинтное поле регулировалось для получеп!. резонанса на к5ждоВ на которой проводилось намерение - 474 -

му при резонансе такое устройство можно использовать как цир-кулятор. Если бы направление подмагиичивающего поля Но изменилось на обратное, то направлении передачи прн резонансе также иэменилнсь бы на обратные, т. е. сигнал мог бы следовать от плеча 4 к плечу / и т. д. Таким образом, данное устройство может служить и в качестве магнитоуправляемого переключателя.

Величина обратной развязки, например, между плечами 4 и / при резонансе зависит от того, насколько идеальна поляризация магнитных полей около резонаторов. Так, еслн резонаторы размещены в тех точках волноводов, где поля имеют эллиптическую поляризацию, то пря основной передаче от плеча 4 в плечо 3 будет также иметь место некоторая передача через резонаторы к плечу /. Это объясняется следующим образом. Любое поле с эллиптической поляризацией можно- разложить на два поля с круговой поляризацией, но с противоположными направлениями вращения. Поле с соответствующим для возбуждения сфер направлением круговой поляризации будет проходить к другому волноводу.

Патэл (Patel) (27) подробно исследовал однорезонаторные фильтры типа, представленного на рис. 17.10.2а. Б его фильтрах единственная ИЖГ сфера была так размещена в центре отверстия свяэи между волноводами, что одна ее половина находилась в верхнем, а другая - в нижнем волноводе. Кроме того, Патэл провел исследование по опраделенню оптимального размещения сферы в волноводе, чтобы получить наилучшую круговую поляризацию переменных магнитных полей в пределах полосы волновода. Это очень важное исследование, так как для любого заданного положения сферы идеальную круговую поляриззцию можно получить только на одной частоте, а следовательно, желательно, чтобы эллиптичность магнитных полей на верхней и нижней границах требуемого частотного диапазона перестройки была минимальной. Патэл показал, что оптимальным оказывается размещение ферромагнитного резонатора примерно на расстоянии я/4 от боковой стенки во.иновода, где а - ширина волновода.

На рис. 17.10.26 приведены экспериментальные точки и теоретические кривые, полученные Патэлом для однорезонаториого фильтра типа, представленного на рис. 17.10.2а. Эти данные характеризуют изменение прямых н обратных потерь прн резонансе. Верхняя пунктирная кривая иллюстрирует изменение теоретических значений обратных потерь (развязки) при резонансе в функции частоты перестройки, которое явилось результатом эллиптичности поляризации магнитного поля. Отметим, что теоретическая кривая развязки стремится к бесконечности на частоте примерно 9,3 Ггц, на которой поляризация является круговой. Нижняя пунктирная кривая показывает изменение прямых вносимых потерь при резонансе при перестройке фнльтра во всей полосе. Когда магнитное поле не имеет чисто круговой поляризации, будет иметь место некоторая утечка мощности в плечо 2 при резонансе (если - 475 -