Application of Nonreciprocal Electric Circuits with Passive Components

Автори

This paper describes the method of recording nonreciprocal passive multipoles containing gyrotropic medium with analysis of linear lumped electric circuits. Nonreciprocal passive devices are designed for meter and decameter wave ranges on the basis of nonreciprocal effects of helicon waves propagation in magnetized solid-state plasma. The base element for nonreciprocal passive devices is nonreciprocal transformer containing a helicon resonator. Various schemes of nonreciprocal transformer connection, combined with additional reactive components, are used to design the various nonreciprocal passive devices such as isolator, circulator and gyrator. The resulted dimensions of nonreciprocal passive devices are smaller than the wavelength and must be analyzed using lumped theory of circuits. The paper provides an insight into the methods of calculation of circuit parameters of the nonreciprocal transformer based on helicon resonator and three specific nonreciprocal passive devices based on it. The paper also proposes a method of insertion of nonreciprocal passive devices to the matrix of conduction of the nodal model of lumped circuit. It has been demonstrated that the nonreciprocal passive devices based on gyrotropic medium are exceptions from the reciprocity theorem.

Publication year: 
2013
Issue: 
2
УДК: 
621.372.061
С. 7–16. Іл. 8. Бібліогр.: 27 назв.
References: 

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. — М.: Высш. шк., 1996. — 638 с.
2. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. — М. — Л.: Энергия, 1967. — 376 с.
3. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики. — М.: Мир, 1965. — 612 с.
4. J. Gremillet, “Propagation des ondes metriques dans les semiconducteurs en presence d’une induction magnetique continue, effect “helicon”, Ann. Radioelectr, vol. 19, no. 77, pp. 122, 1964.
5. Ортюзи Ж. Теория электронных цепей. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. — 498 с., Т. 2. — 548 с.
6. Бокринская А.А., Вунтесмери В.С., Красилич Г.П. Радиотехнические устройства на основе геликоновых волн. — К.: Вища шк., 1984. — 88 с.
7. Вунтесмери Ю.В. Индуктивные характеристики невзаимных трансформаторов на основе гиротропных сред // Электроника и связь. — 2000. — 2, № 8. — С. 223—225.
8. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Справочная книга. — Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. — 488 с.
9. Сигорский В.П., Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем. — М.: Сов. радио, 1976. — 608 с.
10. Вунтесмери Ю.В. Невзаимный трансформатор с не- ортогональными катушками связи // Электроника и связь. Тем. вып.: Пробл. электроники. — 2008. — Ч. 1. — С. 48—52.
11. Вунтесмери Ю.В. Учет паразитных элементов в модели геликонового резонатора с индуктивными элементами связи // Электроника и связь. — 2002. — 2. — С. 82—83.
12. Красилич Г.П. Полупроводниковый вентиль метрового диапазона волн // Изв. вузов. Радиоэлектрон. — 1976. — 19, № 3. — С. 122—123.
13. Толутис Р.Б. О свойствах полупроводниковых ВЧ-вентилей на эффекте размерного резонанса электромагнитных магнитоплазменных волн // Радиотехн. и электрон. — 1978. — 23, № 3. — С. 608—613.
14. Вунтесмери В.С., Вунтесмери Ю.В. Термостабильный геликоновый вентиль // Тр. 14-й Междунар. Крым. конф. “СВЧ-техника и телекоммуникац. технол.” (КрыМиКо’2004), 2004. — C. 479—480.
15. V.S. Vountesmery et al., “Temperature characteristics of broadband helicon isolators”, Proc. of the XVI Intern. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Poland, Krakov, May 22—26, 2006, vol. 2, pp. 648—650.
16. V.S. Vountesmery et al., “Temperature Characteristics of Broadband Helicon Isolators for Meter and Decameter Waves”, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions, vol. 55, іs. 10, pp. 2097—2102, Oct. 2007.
17. V.S. Vountesmery et al., “Small-sized Helicon Isolators for Meter Wave Range”, Proc. of the XVI Intern. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Poland, Wroclaw, May 19—23, 2008, vol. 1, pp. 131—134.
18. Вунтесмери Ю.В. Каскадное соединение геликоновых вентилей // Тр. 20-й Междунар. Крым. конф. “СВЧ-техника и телекоммуникац. технол.” (КрыМико’2010), 2010. — C. 677—678.
19. Вунтесмери В.С., Завражнов Ю.В., Красилич Г.П. та ін. Полупроводниковые вентили для радиопередатчиков КВ и УКВ диапазонов // Теор. и техн. радиосвязи. — 1993. — Вып. 1. — С. 132—139.
20. L. Laurinavichius et al., “Semiconductor alloy resonatortype HF isolators”, Electronics Letters, vol. 18, іs. 6, pp. 243—244, 18 March 1982.
21. A.J. Dinardo et al., “Passive Nonreciprocal HF Helicon Devices”, IEEE Trans. on EMC, vol. EMC-10, no. 2, pp. 270—272, 1980.
22. B.D.H. Tellegen, “The gyrator, a new electric network elemen”, Philips Research Reports, vol. 3, pp. 81—101, 1948.
23. Вунтесмери В.С. Реализация гиратора на ферритовом резонаторе в режиме ферромагнитного резонанса // Электроника и связь. — 2004. — № 22. — С. 70—72.
24. Хюлсман Л.П. Теория и расчет активных RC-цепей // М.: Связь, 1973. — 240 с.
25. Вунтесмери В.С. Реализация гиратора невзаимным трансформатором в метровом и декаметровом диапазонах длин волн // Радиоэлектрон. — 1999. — 42, № 5. — С. 63—69.
26. W.J. Grubbs, “Hall Effect Devices”, The Bell System Technical Journal, pp. 853—876, May 1959.
27. S. Grutzmann, “Hall-effect gyrators, isolators, and circulators with high efficiency”, Proc. of the IEEE, vol. 51, іs. 11, pp. 1584—1588, Nov. 1963.

References [transliteration]: 

1. Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy ėlektrotekhniki. – M.: Vyssh. shk., 1996. – 638 s..
2. Markov G.T., Chaplin A.F. Vozbuzhdenie ėlektromagnitnykh voln. – M. – L.: Ėnergii͡a, 1967. – 376 s.
3. Laks B., Batton K. Sverkhvysokochastotnye ferrity i ferrimagnetiki. – M.: Mir, 1965. – 612 s.
4. J. Gremillet, “Propagation des ondes metriques dans les semiconducteurs en presence d’une induction magnetique continue, effect “helicon”, Ann. Radioelectr, vol. 19, no. 77, pp. 122, 1964.
5. Orti͡uzi Zh. Teorii͡a ėlektronnykh t͡sepeĭ. – M.: Mir, 1971. – T. 1. – 498 s., T. 2. – 548 s.
6. Bokrinskai͡a A.A., Vuntesmeri V.S., Krasilich G.P. Radiotekhnicheskie ustroĭstva na osnove gelikonovykh voln. – K.: Vishcha shk., 1984. – 88 s.
7. Vuntesmeri I͡U.V. Induktivnye kharakteristiki nevzaimnykh transformatorov na osnove girotropnykh sred // Ėlektronika i svi͡az'. – 2000. – 2, # 8. – S 223–225.
8. Kalantarov P.L., T͡Seĭtlin L.A. Raschet induktivnosteĭ. Spravochnai͡a kniga. – L.: Ėnergoatomizdat, Leningr. otd-nie, 1986. – 488 s.
9. Sigorskiĭ V.P., Petrenko A.I. Algoritmy analiza ėlektronnykh skhem. – M.: Sov. radio, 1976. – 608 s.
10. Vuntesmeri I͡U.V. Nevzaimnyĭ transformator s neortogonal'nymi katushkami svi͡azi // Ėlektronika i svi͡az'. Tem. vyp.: Probl. ėlektroniki. – 2008. – Ch. 1. – S. 48–52.
11. Vuntesmeri I͡U.V. Uchet parazitnykh ėlementov v modeli gelikonovogo rezonatora s induktivnymi ėlementami svi͡azi // Ėlektronika i svi͡az'. – 2002. – 2. – S. 82–83.
12. Krasilich G.P. Poluprovodnikovyĭ ventil' metrovogo diapazona voln // Izv. vuzov. Radioėlektron. – 1976. – 19, # 3. – S. 122–123.
13. Tolutis R.B. O svoĭstvakh poluprovodnikovykh VCh-ventileĭ na ėffekte razmernogo rezonansa ėlektromagnitnykh magnitoplazmennykh voln // Radiotekhn. i ėlektron. – 1978. – 23, # 3. – S. 608–613.
14. Vuntesmeri V.S., Vuntesmeri I͡U.V. Termostabil'nyĭ gelikonovyĭ ventil' // Tr. 14-ĭ Mezhdunar. Krym. konf. “SVCh-tekhnika i telekommunikat͡s. tekhnol.” (KryMiKo’2004), 2004. – S. 479–480.
15. V.S. Vountesmery et al., “Temperature characteristics of broadband helicon isolators”, Proc. of the XVI Intern. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communi¬cations, Poland, Krakov, May 22–26, 2006, vol. 2, pp. 648–650.
16. V.S. Vountesmery et al., “Temperature Characteristics of Broadband Helicon Isolators for Meter and Decameter Waves”, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions, vol. 55, іs. 10, pp. 2097–2102, Oct. 2007.
17. V.S. Vountesmery et al., “Small-sized Helicon Isolators for Meter Wave Range”, Proc. of the XVI Intern. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Poland, Wroclaw, May 19–23, 2008, vol. 1, pp. 131–134.
18. Vuntesmeri I͡U.V. Kaskadnoe soedinenie gelikonovykh ventileĭ // Tr. 20-ĭ Mezhdunar. Krym. konf. “SVCh-tekhnika i telekommunikat͡s. tekhnol.” (KryMiKo’2010), 2010. – S. 677–678.
19. Vuntesmeri V.S., Zavrazhnov I͡U.V., Krasilich G.P. ta іn. Poluprovodnikovye ventili dli͡a radioperedatchikov KV i UKV diapazonov // Teor. i tekhn. radiosvi͡azi. – 1993. – Vyp. 1. – S. 132–139.
20. L. Laurinavichius et al., “Semiconductor alloy resonator-type \ HF isolators”, Electronics Letters, vol. 18, іs. 6, pp. 243–244, 18 March 1982.
21. A.J. Dinardo et al., “Passive Nonreciprocal HF Helicon \ Devices”, IEEE Trans. on EMC, vol. EMC-10, no. 2, pp. 270–272, 1980.
22. B.D.H. Tellegen, “The gyrator, a new electric network elemen”, Philips Research Reports, vol. 3, pp. 81–101, 1948.
23. Vuntesmeri V.S. Realizat͡sii͡a giratora na ferritovom rezonatore v rezhime ferromagnitnogo rezonansa // Ėlektronika i svi͡az'. – 2004. – # 22. – S. 70–72.
24. Khi͡ulsman L.P. Teorii͡a i raschet aktivnykh RC-t͡sepeĭ // M.: Svi͡az', 1973. – 240 s.
25. Vuntesmeri V.S. Realizat͡sii͡a giratora nevzaimnym transformatorom v metrovom i dekametrovom diapazonakh dlin voln // Radioėlektron. – 1999. – 42, # 5. – S. 63–69.
26. W.J. Grubbs, “Hall Effect Devices”, The Bell System Technical Journal, pp. 853–876, May 1959.
27. S. Grutzmann, “Hall-effect gyrators, isolators, and circulators with high efficiency”, Proc. of the IEEE, vol. 51, іs. 11, pp. 1584 1588, Nov. 1963.

AttachmentSize
2013-2-1.pdf425.87 KB

Тематичні розділи журналу

,