جهاز تدوير

الموسوعة الحرة
الرمز التخطيطي القياسي ANSI و IEC لجهاز التدوير (مع رسم كل منفذ من منافذ الدليل الموجي أو خط النقل كخط واحد، بدلاً من زوج من الموصلات)

في الهندسة الكهربائية ، يُعدّ المُوزّع الضوئي جهازًا سلبيًا غير تبادلي بثلاثة أو أربعة منافذ ، يسمح فقط لإشارة الميكروويف أو إشارة الترددات الراديوية بالخروج من المنفذ الذي يلي مباشرةً المنفذ الذي دخلت منه. وتُظهر المُوزّعات الضوئية سلوكًا مشابهًا. المنافذ هي نقاط توصيل دليل موجي خارجي أو خط نقل ، مثل خط الميكروستريب أو الكابل المحوري ، بالجهاز. بالنسبة للمُوزّع الضوئي ثلاثي المنافذ، تخرج الإشارة المُطبقة على المنفذ 1 من المنفذ 2 فقط؛ والإشارة المُطبقة على المنفذ 2 تخرج من المنفذ 3 فقط؛ والإشارة المُطبقة على المنفذ 3 تخرج من المنفذ 1 فقط. وبالتالي، فإن المُوزّع الضوئي المثالي ثلاثي المنافذ له مصفوفة التشتت التالية :

S=(001100010){\displaystyle S={\begin{pmatrix}0&0&1\\1&0&0\\0&1&0\end{pmatrix}}}

نظرية التشغيل

تعتمد أجهزة تدوير الموجات الميكروية على الخصائص غير المتناحية وغير التبادلية لمادة الفريت الممغنطة المستخدمة في الموجات الميكروية. [ 1 ] تتفاعل الموجات الكهرومغناطيسية الميكروية المنتشرة في الفريت الممغنط مع دوران الإلكترونات فيه، وبالتالي تتأثر بنفاذية الفريت المغناطيسية الميكروية . تُوصف هذه النفاذية رياضيًا بواسطة مؤثر متجه خطي ، يُعرف أيضًا باسم الموتر . في حالة الفريت الممغنط، يكون موتر النفاذية هو موتر بولدر . وتعتمد النفاذية على اتجاه انتشار الموجات الميكروية بالنسبة لاتجاه التمغنط الساكن لمادة الفريت. لذا، فإن إشارات الموجات الميكروية المنتشرة في اتجاهات مختلفة داخل الفريت تتعرض لنفاذيات مغناطيسية مختلفة.

رسم بياني لمتجه المجال الكهربائي لموجة كهرومغناطيسية مستقطبة إهليلجيًا تنتشر في أسطوانة من الفريت الممغنط. يتجه المجال المغناطيسي الساكن بالتوازي مع محور الأسطوانة. يُعرف هذا باسم دوران فاراداي .

في نظام CGS ، يكون موتر بولدر [ 2 ] هو

ب=[μجκ0-جκμ0001]ح{\displaystyle B={\begin{bmatrix}\mu &j\kappa &0\\-j\kappa &\mu &0\\0&0&1\end{bmatrix}}H}

حيث (مع إهمال التخميد)

μ=1+ω0ωمω02-ω2{\displaystyle \mu =1+{\frac {\أوميغا _{0}\أوميغا _{m}}{\أوميغا _{0}^{2}-\أوميغا ^{2}}}}
κ=ωωمω02-ω2{\displaystyle \kappa ={\frac {\omega \omega _{m}}{{\omega _{0}}^{2}-\omega ^{2}}}}
ω0=γح0 {\displaystyle \omega _{0}=\gamma H_{0}\ }
ωم=γم {\displaystyle \omega _{m}=\gamma M\ }

γ=1.40⋅ز{\displaystyle \gamma =1.40\cdot g\,\,}MHz / Oe هي النسبة المغناطيسية الدورانية الفعالة وز{\displaystyle g}، ما يسمى عامل g الفعال ، هو ثابت مادة الفريت عادة ما يكون في نطاق 1.5 - 2.6 ، اعتمادًا على مادة الفريت المحددة.ω{\displaystyle \omega }يمثل تردد إشارة الترددات الراديوية/الميكروويف المنتشرة عبر الفريت،ح0{\displaystyle H_{0}}هو مجال الانحياز المغناطيسي الداخلي، وم{\displaystyle M}هي مغنطة مادة الفريت.

في دوائر الوصلات ودوائر إزاحة الطور التفاضلية ، يكون انتشار إشارة الميكروويف عادةً متعامدًا مع مجال الانحياز المغناطيسي الساكن في الفريت. هذه هي حالة المجال المستعرض . ثوابت انتشار الميكروويف لهذه الحالة، مع إهمال الفقد، هي [ 3 ].

Γ+=جωμ0ϵμ2-κ2μ{\displaystyle \Gamma _{+}=j\omega {\sqrt {\mu _{0}\epsilon }}\,{\sqrt {\frac {\mu ^{2}-\kappa ^{2}}{\mu }}}}
Γ-=جωμ0ϵ{\displaystyle \Gamma _{-}=j\omega {\sqrt {\mu _{0}\epsilon }}}

أينμ0{\displaystyle \mu _{0}}هي نفاذية الفضاء الحر وϵ{\displaystyle \epsilon }تمثل ε السماحية المطلقة لمادة الفريت. في جهاز التدوير، تصف ثوابت الانتشار هذه موجات ذات استقطاب إهليلجي تنتشر في اتجاه مجال الانحياز المغناطيسي الساكن، والذي يمر عبر سمك الفريت. تشير الرموز الموجبة والسالبة لثوابت الانتشار إلى استقطابات موجية متعاكسة.

الأنواع

جهاز تدوير وصلة الموجة الدليلية يستخدم كعازل عن طريق وضع حمل متطابق على المنفذ 3. تشير العلامة الموجودة على المغناطيس الدائم إلى اتجاه الدوران.

تنقسم موزعات الموجات الميكروية إلى فئتين رئيسيتين: موزعات إزاحة الطور التفاضلية وموزعات الوصلات، وكلاهما يعتمد على إلغاء الموجات المنتشرة عبر مسارين مختلفين في مادة الفريت الممغنطة أو بالقرب منها. قد تكون موزعات الموجات الدليلية من أي من النوعين، بينما تكون الأجهزة الأكثر إحكامًا القائمة على الخطوط الشريطية عادةً من نوع الوصلات. [ 4 ] [ 5 ] يمكن دمج موزعين أو أكثر من موزعات الوصلات في مكون واحد لتوفير أربعة منافذ أو أكثر. عادةً ما تُنتج المغناطيسات الدائمة انحيازًا مغناطيسيًا ثابتًا في مادة الفريت المستخدمة في الموجات الميكروية. تُستخدم بلورة العقيق المغناطيسي الحديدي في الموزعات الضوئية .

مضخات التدوير المتقاطعة

مضخات تدوير وصلات الخطوط الشريطية

أنماط الدوران في جهاز تدوير الوصلات.

يحتوي مُوزِّع الوصلات الشريطية على رنان يقع عند الوصلة المركزية للخطوط الشريطية . قد يكون لهذا الرنان أي شكل يتمتع بتناظر دوراني ثلاثي ، مثل القرص أو السداسي أو المثلث. يتم توصيل إشارة الترددات الراديوية/الميكروويف الداخلة إلى منفذ المُوزِّع عبر خط شريطي بالرنان، حيث يتم اقتران الطاقة في نمطين دائريين متعاكسين في الدوران، يتكونان من موجات مستقطبة إهليلجيًا . تتميز هذه الأنماط الدائرية بسرعات طور مختلفة ، مما قد يؤدي إلى اندماجها بشكل بناء أو هدام عند منفذ معين. ينتج عن ذلك بطن عقدة عند أحد المنافذ (المنفذ 2 إذا سقطت الإشارة على المنفذ 1) وعقدة أو نقطة انعدام عند منفذ آخر (المنفذ 3 إذا اقترنت طاقة الميكروويف من المنفذ 1 إلى المنفذ 2 ولم تنعكس عائدةً إلى المنفذ 2).

إذا تم إهمال الخسائر للتبسيط، فيجب أن تختلف الأنماط المتعاكسة في الطور بمقدار مضاعف صحيح لـ2π{\displaystyle 2\pi }لانتشار الإشارة من المنفذ 1 إلى المنفذ 2 (أو من المنفذ 2 إلى المنفذ 3، أو من المنفذ 3 إلى المنفذ 1): [ 6 ]

2Γ-ل-Γ+ل=2مπ{\displaystyle 2\Gamma _{-}l-\Gamma _{+}l=2m\pi }

وبالمثل، بالنسبة للمنفذ المتبقي (المنفذ 3 إذا كان انتشار الإشارة من المنفذ 1 إلى المنفذ 2) ليتم إلغاؤه،

-Γ-ل+2Γ+ل=(2ن-1)π{\displaystyle -\Gamma _{-}l+2\Gamma _{+}l=(2n-1)\pi }

أينل{\displaystyle l}يمثل طول المسار بين المنافذ المتجاورة وم{\displaystyle m}ون{\displaystyle n}هي أعداد صحيحة. بحل المعادلتين السابقتين آنيًا، تكون الشروط اللازمة للدوران السليم هي:

Γ-ل=4م+2ن-13π{\displaystyle \Gamma _{-}l={\frac {4m+2n-1}{3}}\pi }

و

Γ+ل=2م+4ن-23π{\displaystyle \Gamma _{+}l={\frac {2m+4n-2}{3}}\pi }

لكل نمط من نمطي الدوران المتعاكسين تردد رنين خاص به. [ 5 ] يُعرف ترددا الرنين بترددي الانفصال. ويُضبط تردد تشغيل المضخة الدائرية بين هذين الترددين.

تعمل هذه الأنواع من المضخات الدائرية وفقًا لدوران فاراداي . يحدث إلغاء الموجات عندما تنتشر الموجات في اتجاه دوران المضخة وعكسه. تنقسم الموجة الساقطة التي تصل إلى أي منفذ بالتساوي إلى موجتين. تنتشر كلتا الموجتين في كل اتجاه حول المضخة بسرعات طور مختلفة. عند وصولهما إلى منفذ الإخراج، تكون لهما علاقات طور مختلفة، وبالتالي تتحدان وفقًا لذلك. هذا الدمج للموجات المنتشرة بسرعات طور مختلفة هو أساس عمل المضخات الدائرية الوصلية.

يتكون تصميم دائرة التوزيع ذات وصلة الشريط من قرصين أو مثلثين من الفريت يفصل بينهما موصل مركزي من الشريط، ويقعان بين مستويين أرضيين متوازيين. [ 7 ] ودائرة التوزيع هذه عبارة عن موصل مركزي من الشريط موضوع على طبقة من الفريت بين مستويين أرضيين. أي أن هناك قرصًا من الفريت أعلى دائرة الشريط وآخر أسفلها. ولا يشترط أن تكون دوائر التوزيع ذات الشريط مصنوعة من الفريت على شكل قرص أو مثلث؛ إذ يمكن أن يكون للفريت أي شكل تقريبًا يتمتع بتناظر ثلاثي. وينطبق هذا أيضًا على الرنان (جزء الوصلة المركزي من الموصل المركزي) - إذ يمكن أن يكون بأي شكل يتمتع بتناظر ثلاثي، مع مراعاة بعض الاعتبارات الكهربائية. [ 3 ]

تُمغنط الفريتات عبر سمكها، أي أن مجال التحيز المغناطيسي الساكن يكون عموديًا على مستوى الجهاز، ويكون اتجاه انتشار الإشارة متعامدًا مع اتجاه المجال المغناطيسي الساكن. تقع كلتا الفريتتين في نفس المجالين المغناطيسيين الساكن والترددي. يمكن اعتبار الفريتتين فريتًا واحدًا متصلًا بموصل مركزي مُدمج. ولأسباب عملية في التصنيع، لا يُدمج الموصل المركزي عادةً في الفريت، لذا تُستخدم فريتان منفصلتان. يُوفر مجال التحيز المغناطيسي الساكن عادةً بواسطة مغناطيسات دائمة تقع خارج مستويات أرضية المُدوِّر. يمنع التدريع المغناطيسي المُدمج في تصميم المُدوِّر انحراف التردد أو إزالة المغنطة الجزئية للمُدوِّر في وجود مجالات مغناطيسية خارجية أو مواد حديدية، ويحمي الأجهزة المجاورة من تأثيرات المجال المغناطيسي الساكن للمُدوِّر.

موزعات وصلات الموجات الدليلية

مُوزِّع وصلة الموجة الدليلية عالي القدرة والمُبرَّد بالسوائل. الصورة مُقدَّمة من شركة تقنيات الميكروويف.

التركيب الداخلي لموزع وصلة الموجة WR-112 (WG 15؛ R 84).

يحتوي مُوزِّع وصلة الدليل الموجي على رنان فيريت ممغنط، يقع عند نقطة التقاء ثلاثة أدلة موجية . [ 8 ] على عكس مُوزِّع وصلة الخط الشريطي، فإن الفريت نفسه هو الرنان، وليس الجزء المعدني المركزي للموصل المركزي للخط الشريطي. قد يكون لرنان الفريت أي شكل يتمتع بتناظر دوراني ثلاثي ، مثل الأسطوانة أو الموشور المثلثي . غالبًا ما يكون الرنان عبارة عن فيريت واحد، ولكنه قد يتكون أحيانًا من اثنين أو أكثر من الفريتات، والتي قد تكون متصلة ببعضها البعض، في تكوينات هندسية مختلفة. تتأثر هندسة الرنان باعتبارات الأداء الكهربائي والحراري. تعمل مُوزِّعات وصلة الدليل الموجي بنفس طريقة عمل مُوزِّعات وصلة الخط الشريطي، ونظرية تشغيلها الأساسية هي نفسها.

يتألف التصميم الداخلي لموزع الموجات الدليلية من وصلة لثلاثة أدلة موجية، ورنان فيريتي، وهياكل مطابقة المعاوقة . تحتوي العديد من هذه الموزعات على قواعد في الوصلة المركزية، حيث يقع الرنان الفريتي. تعمل هذه القواعد على تقليل ارتفاع الدليل الموجي، مما يقلل من معاوقته المميزة في منطقة الرنان لتحسين الأداء الكهربائي. تعمل أقسام الدليل الموجي منخفضة الارتفاع، الممتدة من الرنان إلى الأدلة الموجية كاملة الارتفاع، كمحولات معاوقة.

يتم مغنطة الرنان الفريتي على امتداد ارتفاعه، أي أن مجال التحيز المغناطيسي الساكن يكون عموديًا على مستوى الجهاز، ويكون اتجاه انتشار الإشارة متعامدًا مع اتجاه المجال المغناطيسي الساكن. ويتم توفير مجال التحيز المغناطيسي الساكن عادةً بواسطة مغانط دائمة خارجية عن وصلة الدليل الموجي.

مخططات المجال الكهربائي التي توضح انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في موزعات وصلات الموجات الدليلية
مخطط تشتت المجال الكهربائي لموجة كهرومغناطيسية تنتشر عبر موزع وصلة الموجة.
رسم بياني للمجال الكهربائي لنمط الموجة المستقرة الدوارة في الفريت الخاص بموزع وصلة الموجة. اتجاه انتشار الإشارة من الأسفل إلى أعلى اليمين، ورأس الفريت العلوي الأيسر معدوم.

أجهزة تدوير الوصلات الشريطية الدقيقة

موزع وصلة الميكروستريب.
وحدة الإرسال والاستقبال (TR) المستخدمة في رادار CAPTOR-E المحمول جواً ذي المصفوفة الممسوحة إلكترونياً النشطة (AESA) . يظهر موزع الوصلات الميكروستريبية في الطرف الأيسر من الوحدة. يتصل المنفذ الأيسر للموزع بمنفذ الهوائي في الوحدة، ومن ثم بأحد عناصر المصفوفة الطورية . يتصل منفذ الموزع العلوي الأيمن بدوائر الاستقبال ومعالجة الإشارة، بينما يتصل منفذ الموزع السفلي الأيمن بمضخم طاقة الإرسال بالقرب من مركز الوحدة. في هذه الحالة، يؤدي الموزع وظيفة الإرسال والاستقبال المزدوج .

يُعدّ مُوزّع الوصلات الميكروستريبية نوعًا آخر شائع الاستخدام من المُوزّعات [ 9 ] ، ويعتمد على بنية خط النقل الميكروستريبي . يتكون مُوزّع الميكروستريب بشكل أساسي من نمط دائرة على ركيزة من الفريت. تُشكّل الدائرة عادةً باستخدام عمليات التمعدن بالأغشية السميكة أو الرقيقة ، والتي غالبًا ما تتضمن الطباعة الضوئية . تُربط ركيزة الفريت أحيانًا بحامل معدني حديدي، مما يُحسّن كفاءة الدائرة المغناطيسية ، ويزيد من المتانة الميكانيكية للمُوزّع، ويحمي الفريت من اختلافات التمدد الحراري بينه وبين السطح الذي يُركّب عليه المُوزّع. يُوفّر مغناطيس دائم مُرتبط بسطح الدائرة على ركيزة الفريت الانحياز المغناطيسي الساكن للفريت. تعمل مُوزّعات الميكروستريب بنفس طريقة عمل مُوزّعات الوصلات الشريطية، ونظرية تشغيلها الأساسية هي نفسها. بالمقارنة مع مُوزّعات الشريط، يكون الأداء الكهربائي لمُوزّعات الميكروستريب أقل نوعًا ما بسبب تأثيرات الإشعاع والتشتت .

تُعوَّض عيوب أداء مُوزِّعات الميكروستريب بسهولة دمجها النسبية مع الدوائر المستوية الأخرى. وتُجرى التوصيلات الكهربائية لهذه المُوزِّعات مع الدوائر المجاورة عادةً باستخدام وصلات سلكية أو وصلات شريطية. ومن مزايا مُوزِّعات الميكروستريب الأخرى صغر حجمها وانخفاض كتلتها مقارنةً بمُوزِّعات الخطوط الشريطية. وعلى الرغم من هذه الميزة، غالبًا ما تكون مُوزِّعات الميكروستريب أكبر المكونات في وحدات الميكروويف. [ 10 ]

أجهزة تدوير الوصلات ذاتية التحيز

جهاز تدوير الوصلة ذاتية التحيز.

تتميز دوائر الوصلات ذاتية التحيز بأنها لا تستخدم مغناطيسات دائمة منفصلة عن الفريت المستخدم في الموجات الميكروية. ويؤدي الاستغناء عن المغناطيسات الخارجية إلى تقليل حجم ووزن الدائرة بشكل ملحوظ مقارنةً بدوائر الوصلات الشريطية الدقيقة المكافئة كهربائياً والمستخدمة في تطبيقات مماثلة.

الفريتات المتجانسة المستخدمة في أجهزة التدوير ذاتية التحيز هي فريتات سداسية أحادية المحور من النوع M [ 11 ] ، تم تحسينها لتقليل فقد الموجات الميكروية. وعلى عكس الفريتات ذات المغناطيسية اللينة (منخفضة الإكراه ) المستخدمة في أجهزة التدوير الأخرى، فإن الفريتات السداسية المستخدمة في أجهزة التدوير ذاتية التحيز هي مواد ذات مغناطيسية صلبة (عالية الإكراه ). هذه الفريتات هي في الأساس مغناطيسات دائمة خزفية. بالإضافة إلى مغناطيسيتها المتبقية العالية، تتميز هذه الفريتات بمجالات تباين مغناطيسي كبيرة جدًا ، مما يُمكّن جهاز التدوير من العمل حتى ترددات ميكروية عالية. [ 12 ]

بفضل شكلها الرقيق والمسطح، يمكن دمج أجهزة التدوير ذاتية التحيز بسهولة مع الدوائر المسطحة الأخرى . وقد تم إثبات دمج أجهزة التدوير ذاتية التحيز مع رقائق أشباه الموصلات عند ترددات النطاقين KA و V. [ 13 ]

مضخات تدوير العناصر المجمعة

موصل شبكي منسوج ملفوف حول الفريت الخاص بدوار العناصر المجمعة.
التركيب الداخلي لنوعين مختلفين من العوازل ذات العناصر المجمعة. أحد أنواع العوازل عبارة عن دائرة دائرية ذات منفذ واحد موصول داخليًا. وتكون نقطة التوصيل في كل من هذين النوعين عبارة عن مقاومة غشائية مستطيلة.

تُعدّ الموجهات الدائرية ذات العناصر المجمعة [ 14 ] أجهزة صغيرة الحجم تُستخدم عادةً في نطاقات الترددات العالية (HF) إلى فائقة التردد (UHF ). في الموجهات الدائرية ذات الوصلات، يتناسب حجم الفريت (أو الفريتات) طرديًا مع طول موجة الإشارة، بينما في الموجهات الدائرية ذات العناصر المجمعة، يمكن أن يكون حجم الفريت أصغر لعدم وجود تناسب طردي مع طول الموجة. [ 15 ]

في مُوزِّع العناصر المُجمَّعة، تُلفّ الموصلات حول الفريت، مُشكِّلةً ما يُعرف عادةً بشبكة منسوجة. وتُعزل شرائح الموصلات عن بعضها البعض بطبقات عازلة رقيقة. في بعض المُوزِّعات، تكون الشبكة على شكل مسارات على لوحة دوائر مطبوعة مع فتحات معدنية لتوصيل الطبقات. يُمكن اعتبار الشرائح الموصلة مُحاثات غير مُتبادلة الاقتران. غالبًا ما تُصنع دوائر مُطابقة المعاوقة ودوائر النطاق العريض في مُوزِّعات العناصر المُجمَّعة باستخدام مُكثِّفات سيراميكية مُنفصلة ومُحاثات ذات قلب هوائي.

توفر هذه الفئة من الموزعات حجمًا أصغر بكثير مقارنةً بموزعات الوصلات. من ناحية أخرى، تتميز موزعات العناصر المجمعة عمومًا بقدرة أقل على معالجة طاقة الترددات الراديوية مقارنةً بأجهزة الوصلات المكافئة، كما أنها أكثر تعقيدًا من الناحية الميكانيكية. قد تكون المحاثات والمكثفات المنفصلة ذات العناصر المجمعة أقل استقرارًا عند تعرضها للاهتزازات أو الصدمات الميكانيكية مقارنةً بمحولات المعاوقة الموزعة البسيطة في موزع وصلات الخطوط الشريطية.

تبديل المضخات الدوارة

البنية الداخلية لجهاز تدوير تبديل الموجات WR-90 (WG 16؛ R 100).

تتشابه أجهزة التدوير التبديلية مع أجهزة التدوير الوصلية الأخرى، وتعتمد نظرية تشغيلها بالميكروويف على نفس المبدأ، باستثناء إمكانية التحكم الإلكتروني في اتجاه دورانها. [ 3 ]

تستخدم دوائر الوصلات مغانطًا دائمة لتوفير الانحياز المغناطيسي الثابت للفريت (أو الفريتات). مع ذلك، تعتمد دوائر التبديل عادةً على المغنطة المتبقية للفريت نفسه. تتميز الفريتات المستخدمة في دوائر التبديل بحلقات تخلف مغناطيسي مربعة ، وغالبًا ما تكون إكراهها المغناطيسي أقل من إكراه أورستد . يتطلب هذا النوع من الفريتات مجالًا مغناطيسيًا صغيرًا نسبيًا ومستوى طاقة منخفضًا لعكس قطبيته المغناطيسية. يُعد هذا ميزة واضحة لدائرة التبديل، لكن غياب المغانط الدائمة يُعد عيبًا في دائرة الوصلات غير التبديلية، التي يجب أن تحافظ على انحيازها المغناطيسي رغم تعرضها لتأثيرات إزالة المغنطة المحتملة الناتجة عن المجالات المغناطيسية الشاردة، والمواد الحديدية المجاورة، وتغيرات درجة الحرارة.

يتم التحكم في قطبية مغنطة الفريت، وبالتالي اتجاه دوران جهاز التدوير التبديل، باستخدام ملف مغنطة يمر عبر الفريت. يتصل الملف بدائرة تحكم إلكترونية [ 8 ] ترسل نبضات تيار ذات قطبية صحيحة عبر ملف المغنطة لمغنطة الفريت بالقطبية المطلوبة لتوفير اتجاه الدوران المرغوب.

مضخات تدوير ذات إزاحة طور تفاضلية

جهاز تدوير عالي الطاقة لتبديل الطور التفاضلي المبرد بالسوائل

مخطط تخطيطي لجهاز تدوير طور تفاضلي.
البنية الداخلية لمغير الطور التفاضلي

تُستخدم مُوزِّعات إزاحة الطور التفاضلية بشكل أساسي في تطبيقات الموجات الميكروية عالية القدرة. وهي تُصنع عادةً من مكونات دليل موجي مستطيل . تتكون هذه المُوزِّعات من أربعة منافذ، حيث يكون دورانها بالتسلسل 1-2-3-4-1، مع ترقيم المنافذ كما هو موضح في الرسم التخطيطي. توجد العديد من البنى الممكنة للمُوزِّعات، وأكثرها شيوعًا هو استخدام مُقترن هجين من نوع "تي السحري" ، ومُقترن هجين تربيعي ، ومُزِيدَي إزاحة طور تفاضليين ممغنطين بشكل متعاكس. [ 16 ]

يُوفّر مُغيّر الطور التفاضلي إزاحة طور غير تبادلية في اتجاه الإرسال. أي أن إزاحة الطور الأمامية تختلف عن إزاحة الطور في اتجاه الإرسال العكسي. هذا الاختلاف في إزاحات الطور هو ما يُتيح السلوك غير التبادلي للمُدوّر. يتكون مُغيّر الطور التفاضلي من لوح واحد أو أكثر من ألواح الفريت، وعادةً ما تُوضع على الجدار (الجدران) العريض للموجه. تُوفّر المغناطيسات الدائمة الموجودة خارج الموجه مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا للفريت (الفريتات). يُعدّ الموجه المُحمّل بالفريت مثالًا آخر على جهاز المجال المستعرض كما هو موضح في قسم " نظرية تشغيل المُدوّر"  . تُؤدي ثوابت انتشار الموجات الميكروية المختلفة، التي تُقابل اتجاهات انتشار الإشارة المختلفة، إلى سرعات طور مختلفة، وبالتالي، إلى إزاحات طور إرسال مختلفة.

بحسب منفذ الدوران الذي تدخل منه الإشارة، تتسبب علاقات إزاحة الطور في الموصلات الهجينة وإزاحات الطور التفاضلية في دمج الإشارات عند منفذ واحد وإلغاء بعضها عند كل من المنفذين المتبقيين. تُستخدم دوائر الدوران ذات إزاحة الطور التفاضلية غالبًا كدوائر دوران ثلاثية المنافذ عن طريق توصيل أحد منافذ الدوران بنهاية عديمة الانعكاس، أو يمكن استخدامها كعوازل عن طريق إنهاء منفذي دوران.

رسم متحرك للمجال الكهربائي يُظهر انتشار إشارة الميكروويف عبر مُوزِّع طور تفاضلي عالي القدرة في نطاق S. في هذا الرسم، يُلاحظ أن الإشارة المنتشرة عبر مُزيح الطور التفاضلي العلوي تكون أسرع من الإشارة في مُزيح الطور التفاضلي السفلي. وقبل وصول الإشارات إلى مُهجِّن التربيع على اليمين، تسبق الإشارة العلوية الإشارة السفلية بحوالي 90 درجة.

مضخات تدوير غير حديدية

على الرغم من أن أجهزة التدوير المصنوعة من الفريت يمكن أن توفر دورانًا جيدًا للإشارة "الأمامية" مع قمع الدوران "العكسي" بشكل كبير، إلا أن عيوبها الرئيسية، خاصة عند الترددات المنخفضة، هي الأحجام الضخمة وعرض النطاق الترددي الضيق.

تشمل الأعمال المبكرة على أجهزة التدوير غير الفريتية أجهزة تدوير نشطة تستخدم ترانزستورات غير تبادلية. [ 17 ] وعلى عكس أجهزة التدوير الفريتية التي تُعد أجهزة سلبية، تتطلب أجهزة التدوير النشطة طاقة. وتتمثل المشكلات الرئيسية المرتبطة بأجهزة التدوير النشطة القائمة على الترانزستورات في محدودية الطاقة وتدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء، [ 18 ] وهما أمران حاسمان عند استخدامها كمزدوجة للحفاظ على قوة إرسال عالية واستقبال واضح للإشارة من الهوائي.

تُقدّم المكثفات المتغيرة أحد الحلول. استخدمت إحدى الدراسات بنيةً مشابهةً لخط نقل متغير مع الزمن، حيث يتم تفعيل خاصية عدم التبادلية الفعّالة بواسطة ضخ حامل أحادي الاتجاه. [ 19 ] يشبه هذا مُدوِّرًا نشطًا يعمل بتيار متردد. ادّعى البحث القدرة على تحقيق كسب إيجابي وضوضاء منخفضة لمسار الاستقبال، بالإضافة إلى خاصية عدم التبادلية واسعة النطاق. استخدمت دراسة أخرى الرنين مع خاصية عدم التبادلية المُفعَّلة بواسطة انحياز الزخم الزاوي، وهو ما يُحاكي بشكلٍ أدق طريقة دوران الإشارات بشكلٍ سلبي في مُدوِّر الفريت. [ 20 ]

في عام 1964، قدّم موهر جهاز تدوير يعتمد على خطوط النقل والمفاتيح، وأثبته تجريبيًا. [ 21 ] وفي أبريل 2016، وسّع فريق بحثي هذا المفهوم بشكل ملحوظ، حيث قدّم جهاز تدوير متكامل يعتمد على مفاهيم مرشحات المسارات المتعددة. [ 22 ] [ 23 ] يوفر هذا الجهاز إمكانية الاتصال ثنائي الاتجاه (الإرسال والاستقبال في الوقت نفسه باستخدام هوائي مشترك واحد على تردد واحد). يستخدم الجهاز مكثفات وساعة، وهو أصغر حجمًا بكثير من الأجهزة التقليدية. [ 24 ]

التطبيقات

المعزل

عند توصيل أحد منافذ موزع ثلاثي المنافذ بحمل متطابق، يمكن استخدامه كعازل ، حيث لا يمكن للإشارة أن تنتقل إلا في اتجاه واحد بين المنافذ المتبقية. [ 25 ] يُستخدم العازل لحماية المعدات على جانب الإدخال من تأثيرات الظروف على جانب الإخراج؛ على سبيل المثال، لمنع انحراف تردد مصدر الموجات الدقيقة بسبب حمل غير متطابق.

جهاز ازدواج الوجهين

في الرادار ، تُستخدم الدوائر الإلكترونية كنوع من المزدوجات ، لتوجيه الإشارات من المرسل إلى الهوائي ومن الهوائي إلى المستقبل ، دون السماح بمرور الإشارات مباشرةً من المرسل إلى المستقبل. النوع البديل من المزدوجات هو مفتاح الإرسال والاستقبال ( مفتاح TR ) الذي يُبدّل بين توصيل الهوائي بالمرسل وتوصيله بالمستقبل. قد يؤدي استخدام النبضات المُعدَّلة التردد ونطاق ديناميكي عالٍ إلى تداخل زمني بين النبضات المرسلة والمستقبلة، مما يستدعي استخدام دائرة إلكترونية لهذه الوظيفة.

مكبر الانعكاس

مضخم انعكاس ثنائي الميكروويف باستخدام موزع دائري

مضخم الانعكاس هو نوع من دوائر مضخمات الموجات الميكروية التي تستخدم ثنائيات مقاومة تفاضلية سالبة ، مثل ثنائيات النفق وثنائيات غان . تُضخّم هذه الثنائيات الإشارات، وغالبًا ما يكون أداؤها أفضل عند ترددات الموجات الميكروية من الأجهزة ثنائية المنافذ. مع ذلك، ولأن الثنائي جهاز أحادي المنفذ (ذو طرفين)، يلزم وجود عنصر غير تبادلي لفصل الإشارة المُضخّمة الخارجة عن إشارة الدخل الداخلة. باستخدام مُوزّع ثلاثي المنافذ، حيث يُوصل مدخل الإشارة بأحد المنافذ، والثنائي المُنحاز بالمنفذ الثاني، وحمل الخرج بالمنفذ الثالث، يُمكن فصل الخرج عن الدخل.

مراجع

  1. ↑ هاريس، فينسنت ج. (2023). الفريتات الحديثة، المجلد 2: التقنيات والتطبيقات الناشئة . مطبعة وايلي-IEEE. ISBN 978-1-394-15613-9.
  2. ↑ بولدر، د. (1949). "حول نظرية الرنين المغناطيسي الحديدي". مجلة لندن وإدنبرة ودبلن الفلسفية ومجلة العلوم . 40 (300): 99-115 . doi : 10.1080/14786444908561215 .
  3. 1 2 3 لينكهارت، دوغلاس ك. (2014). تصميم موزع الميكروويف، الطبعة الثانية . دار أرتيك هاوس. ISBN 978-1-60807-583-6.
  4. ↑ بوسما، هـ. (1964-01-01). "حول دوران Y في خطوط النقل الشريطية عند ترددات UHF". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف . 12 (1): 61-72 . Bibcode : 1964ITMTT..12...61B . doi : 10.1109/TMTT.1964.1125753 . ISSN 0018-9480 . 
  5. 1 2 فاي، سي إي؛ كومستوك، آر إل (1965-01-01). "تشغيل مُوزِّع وصلة الفريت". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف . 13 (1): 15-27 . Bibcode : 1965ITMTT..13...15F . doi : 10.1109/TMTT.1965.1125923 . ISSN 0018-9480 . S2CID 111367080 .  
  6. ↑ سوهو، رونالد ف. (1985). المغناطيسية الميكروية . هاربر آند رو. ISBN 0-06-046367-8.
  7. ↑ هيلزاين، جوزيف (2008). جهاز التوزيع ذو الخط الضيق: النظرية والتطبيق . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-470-25878-1.
  8. 1 2 هيلزاين، جوزيف (1998). موزعات وصلات الموجات الدليلية: النظرية والتطبيق . جون وايلي وأولاده. ISBN 0-471-98252-0.
  9. ↑ بادن-فولر، أ. ج. (1987). الفريتات عند ترددات الميكروويف . بيتر بيرغرينوس المحدودة. ISBN 0-86341-064-2.
  10. ↑ بالمر، ويليام؛ كيركوود، ديفيد؛ وآخرون . (يونيو 2016). "مستقبل مشرق للمغناطيسية المتكاملة". مجلة IEEE للميكروويف . 20 (6): 36-50 . doi : 10.1109/MMM.2019.2904381 . ISSN 1527-3342 . S2CID 148572410 .   
  11. ↑ زينة، ن.؛ هاو، هـ.؛ وآخرون . (سبتمبر 1992). "مُوَزِّعات ذاتية التحيز تعمل في نطاق KA باستخدام الفريتات السداسية من النوع M". معاملات IEEE في المغناطيسية . 28 (5): 3219-3221 . doi : 10.1109/20.179764 . ISSN 0018-9464 .  
  12. ↑ جيلر، أنطون؛ هاريس، فينس (سبتمبر-أكتوبر 2014). "مغناطيسية الذرة: أجهزة تدوير الفريت - الماضي والحاضر والمستقبل". مجلة IEEE للميكروويف . 15 (6): 66-72 . doi : 10.1109/mmm.2014.2332411 . ISSN 1527-3342 . S2CID 46417910 .  
  13. ↑ كوي، يونغجي؛ تشين، هونغ يو؛ وآخرون . (ديسمبر 2021). مُوزِّع مُتكامل أحادي البنية ذاتي التحيز لتطبيقات الدوائر المتكاملة أحادية الرقاقة (MMIC) في نطاق الموجات المليمترية . المؤتمر الدولي لأجهزة الإلكترونيات (IEDM) لعام 2021. سان فرانسيسكو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية. الصفحات 4.2.1-4.2.4. doi : 10.1109/IEDM19574.2021 .  
  14. ↑ كونيشي، يوشيهيرو (نوفمبر 1965). "موزع Y ذو العناصر المجمعة". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف . 13 (6): 852-864 . Bibcode : 1965ITMTT..13..852K . doi : 10.1109/tmtt.1965.1126116 . ISSN 0018-9480 . 
  15. ↑ دان، في إي؛ روبرتس، آر دبليو (1965). تقنيات تصميم جديدة لأجهزة تدوير الموجات القصيرة جدًا . ملخص الندوة الدولية للميكروويف. ص 147-151 . doi : 10.1109/GMTT.1965.1122495 . 
  16. ↑ هيلزاين، جوزيف (1969). مبادئ هندسة الفريت في الميكروويف . جون وايلي وأولاده المحدودة. ISBN 0-471-36930-6.
  17. ↑ تاناكا، س.؛ شيمومورا، ن.؛ أوتاكي، ك. (1965-03-01). "الموزعات النشطة - تحقيق الموزعات باستخدام الترانزستورات". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 53 (3): 260-267 . doi : 10.1109/PROC.1965.3683 . ISSN 0018-9219 . 
  18. ↑ كارشون، ج.؛ نانويليرز، ب. (2000-02-01). "محدودية القدرة والضوضاء في الموزعات النشطة". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف . 48 (2): 316-319 . Bibcode : 2000ITMTT..48..316C . doi : 10.1109/22.821785 . ISSN 0018-9480 . 
  19. ↑ تشين، شيهان؛ شو، تشيانغ؛ وانغ، يي (2014-10-01). "المكونات غير التبادلية ذات المكثفات المعدلة توزيعيًا". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف . 62 (10): 2260-2272 . Bibcode : 2014ITMTT..62.2260Q . doi : 10.1109/TMTT.2014.2347935 . ISSN 0018-9480 . S2CID 13987504 .  
  20. ↑ إستيب، ن.أ؛ سوناس، د.ل؛ ألو، أ. (2016-02-01). "موزعات الموجات الميكروية بدون مغناطيس تعتمد على حلقات رنانات مقترنة معدلة مكانيًا وزمنيًا". معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الموجات الميكروية . 64 (2): 502-518 . doi : 10.1109/TMTT.2015.2511737 . ISSN 0018-9480 . S2CID 17421796 .  
  21. ↑ موهر، ريتشارد (1964). "جهاز جديد لخط نقل غير تبادلي". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 52 (5): 612. doi : 10.1109/PROC.1964.3007 .
  22. ↑ نوردوم، آمي (15 أبريل 2016). "شريحة راديو جديدة ثنائية الاتجاه تُرسل وتستقبل الإشارات اللاسلكية في آن واحد" . مجلة IEEE Spectrum: أخبار التكنولوجيا والهندسة والعلوم . تاريخ الاسترجاع: 22 يوليو 2016 .
  23. ↑ ريسكاريميان، نيجار؛ كريشناسوامي، هاريش (15 أبريل 2016). "عدم التبادلية الخالية من المغناطيسية القائمة على التبديل المتداخل" . نيتشر كوميونيكيشنز . 7 11217. Bibcode : 2016NatCo...711217R . doi : 10.1038/ncomms11217 . PMC 4835534. PMID 27079524 .  
  24. ↑ وانغ، برايان (18 أبريل 2016). "المستقبل الكبير القادم: جهاز تدوير مصغر مبتكر يفتح الطريق لمضاعفة سعة الاتصالات اللاسلكية" . nextbigfuture.com . تاريخ الاسترجاع: 19 أبريل 2016 .
  25. ↑ للحصول على وصف لجهاز التدوير، انظر جاكوفسكي (1976)

للمزيد من القراءة

+