Введение по крайней мере одной микрополосковой линии, состоящей из диэлектрической подложки, расположенной в одной плоскости с ферритовым диском на широкой стенке сочленения, и микрополоскового токонесущего проводника, расположенного на диэлектрической подложке, а также выполнение трансформирующего элемента в виде усеченного металлического конуса, большое основание которого установлено на широкой стенке волноводного сочленения, а меньшее гальванически связано с микрополосковым токонесущим проводником, позволяют обеспечит однонаправленную электромагнитную связь между волноводными и хотя бы одной микрополосковой СВЧ – линией передачи и таким образом уменьшить электромагнитные потери циркулятора при использовании егов волноводно – микрополосковых СВЧ – трактах без громоздких волноводно – микрополосковых подключающих устройств, ухудшающих электрические параметры и увеличивающих габариты прибора.

Конусообразная форма трансформирующего элемента совместно с широкой стенкой У- образного сочленения выполняет функцию конической радиальной линии, обеспечивающей хорошее согласование между высокоомной волноводной СВЧ – линией передачи, т.е. волноводном плечом циркулятора и низкоомной СВЧ – линией, образованной малым основанием конуса и противоположной широкой стенкой волновода, зазор между которыми полностью заполонен ферритом, и гальванически связанной с ней микрополосковой линией. Хорошее согласование СВЧ – линий передачи ( волноводных и по крайней мере одной микрополосковой), образующих У – образное сочленение, обеспечивает работоспособность предлагаемого циркулятора СВЧ. Работоспособность циркулятора на заданной длине волны (λ₁) обеспечивается за счет выбора высоты конуса равной расстоянию между ферритовым диском и противоположной широкой стенкой сочленения, а диаметр меньшего основания конуса – равному λ₁/2.

Увеличение развязки между каналами циркулятора обеспечивается за счет выбора диаметра ферритового диска равным диаметру большого основания конуса, составляющему (λ₁/2 + λ₂/2), а высоты конуса - равной расстоянию между ферритовым диском и противоположной широкой стенкой сочленения. Большая величина развязки обусловлена тем, что размер диаметра ферритового диска составляет (λ₁/2 + λ₂/2), и центральная часть его торцевой поверхности, имеющего диаметр λ₁/2 , соединена металлическим конусом с одной из широких поверхностей сочленения. Одинаковая высота ферритового диска и диэлектрической подложки обеспечивает низкий коэффициент отражения в плечах циркулятора, а следовательно, высокий уровень развязки.

Если высота металлического конуса меньше расстояния между ферритовым диском и широкой стенкой сочленения, то происходит уменьшение величины развязки между каналами циркулятора из – за нарушения одномодового распространения поверхностной ферритовой волны в ферритовом диске, так как в этом случае уменьшается перепад волновых сопротивлений между СВЧ – линиями сочленения, одна из которых заполнена ферритом полностью, а другая – частично.

Если величина диаметра малого основания конуса не равна λ₁/2, прибор становится неработоспособным на заданной длине волны, так как в этом случае нарушается условие электродинамического резонанса в объёме ферритового диска, ограниченного малым основанием конуса.

Если диаметр ферритового диска не равен (λ₁/2 + λ₂/2), то величина развязки между каналами циркулятора уменьшается. Последнее связано или с распространением в ферритовом диске высших типов волн, если диаметр больше (λ₁/2 + λ₂/2), или с конечной составляющей СВЧ – поля по границе ферритового диска, ограниченного малым основанием конуса, если диаметр меньше (λ₁/2 + λ₂/2).

На фиг.1 представлен циркулятор, вид сверху (без верхней широкой стенки волновода); на фиг.2 – сечение А – А на фиг.1 ( с верхней широкой стенкой волновода).

Циркулятор содержит У – образное сочленение 1 трёх волноводных СВЧ – линий передачи (I – III). В центре сочленения 1 на одной из егошироких стенок 3 установлен поперечно намагниченный полем Н_е ферритовы диск 2. В циркулятор входит трансформирующий элемент 4, ось 00¹ которого совпадает с осью ферритового диска 2. Кроме того, циркулятор СВЧ содержит микрополосковую линию, состоящую из диэлектрической подложки 5, расположенной на широкой стенки 3 сочленения 1. Вдоль продольной оси диэлектрической подложки 5 расположен микрополосковый токонесущий проводник 6. Трансформирующий элемент 4 выполнен в виде усеченного металлического конуса. Большее основание 7 конуса 4 установлено на широкой стенке 8 сочленения1. Меньшее основание 9 конуса 4 галванически связано с микрополосковым токонесущим проводником 6. При этом высота ферритового диска 2 равна высоте диэлектрической подложки 5 , диаметр ферритового диска 2 равен диаметру большого основания 7 конуса 4 и составляет (λ₁/2 + λ₂/2), диаметр меньшего основания 9 конуса 4 равен λ₁/2, а высота конуса 4 равнв расстоянию между ферритовым диском 2 и широкой стенкой 8 сочленения 1.

Циркулятор работает следующим образом. При возбуждении одного из плеч циркулятора – сигнал за счет конусообразной формы трансформирующего элемента 4, выполняющего функцию конической радиальной линии, и за счет того, что расстояние от боковой поверхности ферритового диска 2 до меньшего основания 9 конуса 4 составляет λ₁/4 , практически без отражения поступает в намагниченный ферритовый диск 2. Последнее обусловлено тем, что радиальная линия обеспечивает высокий коэффициент трансформации в широком диапазоне частот и , следовательно, хорошее согласование высокоомных волноводных каналов У – сочленения с низкоомной центральной частью этого сочленения, образованной малым основыанием конуса и близлежащей широкой стенкой сочленения. Гальваническая связь токонесущего проводника 6 микрополосковой линии с меньшим основанием конуса 9 обеспечивает сильную электромагнитную связь микрополосковой линии через трансформирующий элемент 4 с каналамиIи II(фиг.1). Обеспечение сильной электромагнитной связи каналов У – образного сочленения с его центральной частью является одним из условий работы циркулятора СВЧ. Кроме того, работоспособность У – образного циркулятора в режиме объемных колебаний в феррите обеспечивается выполнением условия электродинамического резонанса в ферритовом резонаторе. В предлогаемой конструкции это достигается за счет выбора диаметра меньшего основания 9 конуса 4 равному λ₁/2, а высота конуса 4 – равной расстоянию от ферритового диска до противолежащей широкой стенки У – образного сочленения. Предлагаемая конструкция циркулятора обеспечивает также работу прибора в режиме бегущей поверхностной ферритовой волны. Этот режим обеспечивается за счет значительного отличия волновых сопротивлений в СВЧ – линиях, одна из которых заполнена ферритом полностью, а другая – частично. Малая величина электромагнитных потерь и высокая величина развязки в этом режиме достигаются за счет ширины линии, частично заполненной ферритом равной λ₂/4. Для реализации режима поверхностной ферритовой волны требуется увеличить по сравнению с режимом объёмных колебаний в феррите величину подмагничивающего поля. Известно, что циркулятор, работающий в режиме бегущей поверхностной ферритовой волны, по величине развязки между каналами значительно превосходит У – образные циркуляторы, работающие на объёмных колебаниях в ферритовом резонаторе. В предлагаемой конструкции циркулятора, работающего в режиме бегущей ферритовой поверхностной волны, увеличение величины развязки достигается за счет незначительной величины электрической составляющей СВЧ – поля на границе перепада волновых сопротивлений СВЧ – линий, полностью и частично заполненных поперечно намагниченным ферритом, из – за ширины последней равной λ₂/4. Таким образом, в предлагаемой конструкции циркулятора сигнал, в зависимости от направления внешнего подмагничивающего поля, распространяется в направлении I → II → III→ Iили I → III → II→ I, т.е. из волноводного канала поступает в микрополосковый канал и наоборот, при высокой величине развязки ( режим бегущей поверхностной ферритовой волны) и малых вносимых электромагнитных потерях и габаритах (без подключения волноводно – микрополоскового СВЧ – перехода).

Пример.

Циркулятор СВЧ, собранный на У – образном сочленении трёх волноводных линий передачи. Сечение волновода 13Х3,25 мм². В центре У – образного сочлененияна одной из его широких стенок установлен поперечно намагниченный ферритовый диск. Марка феррита 2СЧ – 7. Размеры ферритового диска: диаметр 10 мм, толщина 0,5 мм. В одном из волноводных каналов сочленения расположена микрополосковая СВЧ – линия, содержащая диэлектрическую подложку толщиной 0,5 мм. (материал – поликор ) и микрополосковый проводник шириной 0,5 мм (50 Ом ). Трансформирующий элемент выполен в виде усеченного металлического конуса , диаметр большого основания которого равен 10 мм, а меньшего 3 мм, высота конуса 2,75 мм.

Описанный циркулятор в 2-х сантиметровом диапазоне длин волн имеет величину развязки между каналами не менее 40 дб, прямое затухание не более 0,5 дб. Прибор обеспечивает циркуляцию СВЧ – сигнала с указанными параметрами между волноводными и микрополосковой СВЧ – линиями при габаритных размерах, не превышающих размеры известного циркулятора соответствующего диапазона, т.е. 30Х30Х20 мм³.

Предлагаемый циркулятор по сравнению с известным позволяет увеличить величину развязки на 15 – 20 дб, снизить электромагнитные потери на 0,2 дб за счет обеспечеия возможности использования его в волноводно – микрополосковых СВЧ – трактах без подключения громоздких волноводно – микрополосковых СВЧ – переходов, а также использовать его в многоканальных СВЧ – системах за счет увеличения числа микрополосковых линий, токонесущий проводник которых гальванически связан с малым основанием конуса.

Формула изобретения

Циркулятор, содержащий многоплечее волноводное разветвление в Н – плоскости, в центре которого на одной из широких стенок установлен поперечно намагниченный ферритовый диск с трансформирующим элементом, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии ферритового диска, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения прямых потерь, увеличения развязки и расширения эксплуатационных возможностей, по крайней мере в одно из плеч волноводного разветвления введен отрезок микрополосковой линии передачи, толщина диэлектрической подложки которого равна высоте ферритового диска, а конец токонесущего проводника расположен на ферритовом диске вдоль его радиуса, трансформирующий элемент выполнен в форме усеченного проводящего конуса, большее основание которого расположено на другой широкой стенке волноводного разветвления, а меньшее гальванически соединено с токонесущим проводником, при этом диаметр большего основания D_к усеченного проводящего конуса и его меньшего основанияd_к соответственно равны: