Власов В. В.

Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна Фізико-технічний факультет пр. Курчатова, 31, м. Харків -61108, Україна Тел.: 38 (0572) 350525, e-mail: vlasov@pem.concom.kharkov.ua

Анотація – У доповіді представлені результати вимірювання залежностей напрямку обертання вектора поля від напруженості зовнішнього магнітного поля волноводного феритового поляризатора 3-см діапазону. Поляризатор являє собою хвилеводних секцію круглого перерізу з вміщеній у всередину феритової платівкою прямокутного перерізу в зовнішньому магнітному поля соленоїда.

I. Вступ

Як відомо, для зміни виду поляризації СВЧ-коливань в 3-см діапазоні (лінійної в еліптичну (кругову)) використовуються різні методи, Зазвичай для цієї мети використовуються фазозсувні секції виконані на основі круглого хвилеводу, так звані диференційні фазообертачі [1]. У роботі використовується поляризатор, запропонований вперше в [2]. Його принципова відмінність від відомих раніше подібних пристроїв – використання замість діелектричної феритової пластинки, вміщеній у зовнішнє магнітне поле. В [2] було показано, що управління коефіцієнтом еліптичності може здійснюватися шляхом зміни напруженості поздовжнього магнітного поля і кута повороту пластинки щодо радіальної складової магнітного поля хвилі.

II. Основна частина

Феритовий поляризатор є волноводной секцію круглого перетину довжиною 130 мм і діаметром 23 мм. У хвилеводі в діаметральної площині містилася феритова пластинка типу ЗСЧ з розмірами 2,8 x10, 3×108, 8 мм. Для поліпшення узгодження тракту кінці пластинки були виконані у вигляді клину. Волноводная секція могла обертатися навколо поздовжньої осі і, таким чином міг змінюватися кут між площиною пластинки і вектором радіального магнітного поля хвилі. Порушення поля в хвилеводі проводилося за допомогою стандартного вимірювального генератора 3-см діапазону, до якого через перехідну секцію з прямокутного перерізу на круглий підключався поляризатор. В поляризаторі поширювалася хвиля типу ТЕЦ з горизонтальною орієнтацією радіальної складової магнітного поля Нг. За допомогою двосекційною многовитковой котушки, намотаною на хвилеводі, в хвилеводі створювалося поздовжнє магнітне поле Але. Конструкція котушки давала можливість створювати в порожнині хвилеводу зустрічне магнітне поле. За рахунок намагнічування половинок феритової пластинки в протилежних напрямках вдається компенсувати поворот площини поляризації за рахунок ефекту Фарадея. Діапазон зміни напруженості магнітного поля в максимумі – від 0 до 150 е.. Вимірювання коефіцієнта еліптичності проводились методом поляризаційної діаграми з використанням обертається лінійно поляризованої антени. Напрямок обертання площини поляризації визначалося за допомогою двох спіральних антен з правим і лівим напрямком навивки.

В [2] було показано, що за допомогою запропонованого феритового поляризатора можливо перетворення хвилі лінійної поляризації в хвилю еліптичної поляризації з коефіцієнтом еліптичності г, досягає значень 0,96 н-0, 98 (в межах помилки вимірювань). Причому, хвилі правої поляризації спостерігалися в умовах, коли напрямок поля Але збігається з напрямком поширення хвилі в поляризаторі на ближній до навантаження половинці фериту, а для хвилі з лівим обертанням – на ближній до генератора. Зміна напрямку обертання площини поляризації досягалося шляхом повороту пластинки на кут близький до 90 °.

В даній роботі експериментально продемонстрована можливість управління напрямом обертання площини поляризації без механічного зміни положення феритової пластинки в хвилеводі. Можливість ця пов’язана з тим, що магнітна проникність феритів в досліджуваній області частот зростає із збільшенням напруженості зовнішнього магнітного поля [3]. При зміні напруженості магнітного поля магнітна проникність може змінюватися настільки, що зрушення фаз між складової електромагнітної хвилі, що лежить в площині платівки і складової, перпендикулярній площині пластинки і розповсюджується в повітрі, буде змінюватися в інтервалі від +90 ° до -90 °. При цьому напрямок обертання площини поляризації має змінюватися з лівого на праве. Покажемо це на прикладі розрахунку зсуву фази, виходячи з параметрів використовуваного в роботі фериту. На частоті 8732 МГц відносна діелектрична проникність фериту £ = 10,5, а магнітна – | JZ = 0,95. У відсутність магнітного поля на довжині феритової пластинки, що дорівнює 10,88 см укладається 1,54 Ав ві 9,62 АВ Ф, Де Ав в і Ав ф– Довжини хвиль в хвилеводі, що розповсюджуються в повітрі і в феритової платівці, відповідно. В результаті на довжині пластинки встановлюється зсув фаз рівний = 29 °. В залежності від початкової установки феритової пластинки в поляризаторі спостерігаються хвилі правого або лівого обертання.

Вимірювання на частоті 8732 МГц показали, що при збільшенні напруженості магнітного поля до значень більших в порівнянні з [2], можлива зміна напрямку обертання площини поляризації при фіксованій установці феритової пластинки в хвилеводі. Так, у разі початкової установки феритової пластинки під кутом 37 ° до горизонтальної осі при Н0 = 0 фіксувалася хвиля еліптичної поляризації з лівим напрямком обертання. При збільшенні напруженості магнітного поля від 0 до приблизно 50-100 Е спостерігалася зміна напрямку обертання з лівого на праве (див. рис. 1). Слід зазначити, що хвилі з правим напрямом обертання спостерігалися як при поло-

жітельно струмі в котушці магнітного поля (при цьому напрямок магнітного поля збігалося з напрямком поширення хвилі в хвилеводі на ближній до навантаження половинці фериту), так і при негативному, коли напрям магнітного поля

Рис. 1. Залежність коефіцієнта еліптичності г * 10 (1), амплітуд сигналів з спіральних антен правого (2) і лівого обертання (3) від напруженості магнітного поля Н0 Початкова установка феритової 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

змінювалося на протилежне. Якщо початковий кут установки фериту змінювався з 37 ° на (37 + 90) ° спостерігалася інша картина – при Н0 = 0 фіксувалися хвилі з правим обертанням, а при великих величинах напруженості магнітного поля – з лівим. Це говорить про те, що хвиля, вектор напруженості радіального магнітного поля якої паралельний площині пластинки, випереджає по фазі хвилю, що поширюється в повітрі.

III. Висновок

Таким чином, у роботі експериментально показано, що змінюючи тільки напруженість і напрям зовнішнього магнітного поля волноводного поляризатора можна перебудовувати поляризацію електромагнітної хвилі з лінійною на еліптичну (кругову) з правим або лівим напрямком обертання вектора поля.

IV. Список літератури

[1] Канарейкін Д. Б., Павлов М. Ф “Потєхін В. А. Поляризація радіолокаційних сигналів. М.:

Сов.радіо, 1966

[2] Власов В. В. Найденкова Д. І., Скорик Н. А. хвилеводний феритовий поляризатор 3-см діапазону. СБ матеріалів 12-ій Міжнародній конференції «СВЧ – техніка і телекомунікаційні технології », 2002, Севастополь, С. 556 – 557

[3] Гуревич А. Г. Магнітний резонанс в ферритах і антиферомагнетиках. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»