Магический тройник (или магический Т или гибридный тройник ) — это гибридный ответвитель 3 дБ, используемый в микроволновых системах. [1] Это альтернатива муфте «крысиные бега» . В отличие от крысиных бегов, трёхмерная структура волшебной футболки затрудняет её создание с помощью планарных технологий , таких как микрополосковые или полосковые линии .
Магия заключается в том , что она предотвращает распространение сигналов между определенными портами в определенных условиях. Это позволяет использовать его в качестве дуплексера ; например, его можно использовать для изоляции передатчика и приемника в радиолокационной системе при совместном использовании антенны. В практических примерах он используется как для изоляции цепей, так и для смешивания сигналов, например, в радаре COHO .
«Волшебная футболка» была первоначально разработана во время Второй мировой войны и впервые опубликована У. А. Тайреллом из Bell Labs в статье IRE 1947 года. [2] Роберт Л. Кил и Боб Дике независимо друг от друга создали волшебные футболки примерно в одно и то же время.
Тройник Magic представляет собой комбинацию плоских тройников E и H. Плечо 3 образует тройник в плоскости H с плечами 1 и 2. Плечо 4 образует тройник в плоскости E с плечами 1 и 2. Рукава 1 и 2 иногда называют боковыми или коллинеарными плечами . Порт 3 называется портом H-плоскости , а также называется портом Σ , суммарным портом или P-портом (что означает «параллельный»). Порт 4 — это порт E-плоскости , его также называют портом Δ , разностным портом или S-портом (от «последовательного»). Не существует единого установленного соглашения относительно нумерации портов.
Чтобы функционировать правильно, волшебная футболка должна иметь внутреннюю соответствующую структуру. Эта структура обычно состоит из стойки внутри тройника H-плоскости и индуктивной диафрагмы внутри лимба E-плоскости, хотя было предложено множество альтернативных конструкций. Зависимость от структуры согласования означает, что волшебный тройник будет работать только в ограниченном диапазоне частот.
Название «волшебный тройник» происходит от способа разделения мощности между различными портами. Сигнал, подаваемый в порт H-плоскости, будет разделен поровну между портами 1 и 2 и будет синфазным. Сигнал, подаваемый в порт E-plane, также будет разделен поровну между портами 1 и 2, но будет сдвинут по фазе на 180 градусов. Если сигналы подаются через порты 1 и 2, они суммируются в порту H-плоскости и вычитаются в порту E-плоскости. [3] Таким образом, с портами, пронумерованными, как показано, и с точностью до фазового коэффициента, полная матрица рассеяния для идеального волшебного тройника равна
(знаки элементов четвертой строки и четвертого столбца этой матрицы могут меняться местами в зависимости от предполагаемой полярности порта 4).
Если с помощью подходящей внутренней структуры порты E-плоскости (разность) и H-плоскости (сумма) одновременно согласованы, то с помощью симметрии , взаимности и сохранения энергии можно показать, что два коллинеарных порта также согласованы. и «магически» изолированы друг от друга.
Электронное поле доминирующей моды в каждом порту перпендикулярно широкой стенке волновода . Таким образом, сигналы в портах E-плоскости и H-плоскости имеют ортогональную поляризацию, и поэтому (учитывая симметрию структуры) между этими двумя портами не может быть никакой связи.
Для сигнала, поступающего в порт H-плоскости, хорошо продуманная согласующая структура предотвратит отражение мощности сигнала обратно из того же порта. Поскольку связь с портом E-plane не может быть никакой, и опять же, учитывая симметрию структуры, мощность этого сигнала должна быть разделена поровну между двумя коллинеарными портами.
Аналогично и для порта E-plane: если согласующая структура устраняет любое отражение от этого порта, то мощность, входящая в него, должна быть разделена поровну между двумя коллинеарными портами.
Теперь по принципу взаимности связь между любой парой портов одинакова в любом направлении (матрица рассеяния симметрична ) . Таким образом, если порт H-плоскости согласован, то половина мощности, поступающей в любой из коллинеарных портов, будет уходить через порт H-плоскости. Если порт E-plane также согласован, то половина мощности будет уходить на порт E-plane. В этом случае не остается никакой мощности ни для отражения от первого коллинеарного порта, ни для передачи в другой коллинеарный порт. Несмотря на то, что два коллинеарных порта, очевидно, находятся в прямой связи друг с другом, они «магически» изолированы.
Изоляция между портами E-plane и H-plane является широкополосной и столь же идеальной, как и симметрия устройства. Однако изоляция между коллинеарными портами ограничена характеристиками согласующей структуры.
