Teoria_i_tekhnika_obrabotki_radiolokatsi onnoy_informatsii_na_fone_pomekh (1021138), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Трехимпульсная методика пригодна как для задержки, так и для фильтрации или вваимокорреллционной обработки приходящих сигналов. Начнем с ее использования для временной задержки. На спиновую систему воздействует короткий 90-градусный стартовый радиоимпульс в момент времени 1 = 1,.
Воздействие стартового импульса приводит к прецессии спинов в плоскости, перпендикулярной постоянному магнитному полю (рис. 12.19). После стартового через некоторое время действует короткий сигнальный импульс. Прецессирующие спиновые моменты (рис. 12.19, а) разлагаются по отношению к сигнальному радиоимпульсу на синфазныг и квадратурные. Квадратурные моменты энергетически не взаимодействуют с сигналом, а значит не испытывают нутации и не изменяют характера прецессии.
Синфазные моменты испытывают дополнительную нутацию и отклоняются от вектора В, на угол 90' ~ г в зависимости от фазы сигнального радио- импульса (рис. 12.19, б). По отношению к считываюи1гму радиоимпульсу прецессирующие магнитные моменты разложим также на синфазные и квадратурные. Синфазные магнитные моменты получают дополнительную энергию и отклоняются на угол 90'. Угол между ними и направлением вектора постоянного магнитного поля В, становится равным з (рис. 12.19, в). Создаются условия для собирания максимумов гармонических состав- ляющих в некоторый момент времени после считывания.
Убедимся в этом путем расчета. Колебания спиновой системы рис. 12.19, а до воздействия сигнального радиоимпульса опишем вы- ражением е/етп-'1, гармонику сигнального колебания — д (/) х ~ емь11, гармонику считывающего колебания — ег«"1 и — '1. После воздействия сигнального радиоимпульса (1ж 1,) выделяется синфаз- ная составляющая й (/) езп/«, где и(/) ПЕ( .
(1) Е/«ЯРŠ— /Ет И вЂ” П11, = (1/2) д (/) е/'"1«+- (1/2) д«(/) е — мт' В результате считывания колебаниями ен вп' — сй вновь выде- ляется синфазная составляющая (рис. 12.19) с комплексной амплитудой Ь (/) = Ке(Ь (/) е!«п/«е-1«в/П вЂ” Цг П = =(1/2) и(/) е/з"1'+(1/2) Ь*(/) е-/2"1и . Синфазная составляющая 6 (/) еп "и имеет задержанное во време- ни слагаемое (1/4) д (/) ехр [/2п/ (1 — 1, + /«)1. Интегрируя по частотам, находим соответствующий выходной им- пульс и,„,. (/) = и,„(/ — /,+ /,)+ Ли (/), где и„«(/) = ~ д(/) е'2"рй/ — входной радиоимпулъс. М аксимум выходного радиоимпульса задержан по отношению к моменту максимума входного радиоимпульса /«(рис.
12.20) на время гь — 1, между считывающим и стартовым радиоимпульсами. В момент 1, + 1« — 1, происходит «временная фокусировках всех гармонических составляющих и„, (1 — 1, + /,). Для составляющих Ли (1) такой фокусировки не будет. Итак, при дельтооброзных стартовом и считывающем радиоимнульсах действующий между ними сигн льный радиоимпульс задерживается на интерв л времени между считывающим и стартовым радиоимпульсоми.
Не проводя дополнительных выкладок, рассмотрим воздействие дельтообразвого импульса на спиновую систему с ЛЧМ стартовым и дельтообразным считывающим гг-г« радиоимпульсами. Пусть 90- гг-ет градусная нутация обеспечивается для каждой из мгновенных частот. Временной интервал от моментов воздействия ег ез ге+ее-б е этих частот до считывающего импульса неодинаков. Различные гармонические состав- Рас. 12.20 172 те+те-ег=ге тг-тг Рис. 12.21 ляющие дельтообразного радиоимпульса задерживаются поэтому на неодинаковое время. Из рассматриваемого эксперимента определяется импульсная характеристика спинввой системы, которую считаем линейной по отношению к сигнальному радиоимпульсу. Эта харак.
теристика (рис. 12.21, а) имеет вид радиоимпульса. зеркального стартовому. Пусть на вход рассмотренной спиновой системы подается ЛЧМ сигнальный радиоимпульс (рис. 12.21, б), аналогичный стартовому. Пройдя спиновую систему с зеркальной импульсной характеристикой, он сжимается. Такого же результата можно достичь и для других широкополосных радиоимпульсов. 12.10. Возможности использования сливовых волн Перейдем к возможностям феррорезонансного запоминания и обработки когерентных сигналов на основе использования спиновых волн. Последние наблюдаются в высокодобротных монокристаллах иттриевого феррит-граната (ИФГ), называемого иначе железоиттриевым гранатом (ЖИГ). В этих кристаллах с достаточно малыми потерями распространяются электромагнитные волны СВЧ диапазона, возможен Ферромагнитный СВЧ резонанс без специального охлаждения вещества, могут распространяться акустические СВЧ волны со сравнительно малыми потерями.
Наконец, интенсивно проявляются так называемые обменные силовые взаимодействия, вытекающие из представлений квантовой механики. Спины групп близлежащих атомов могут принуждаться за счет этих взаимодействий к одинаковой ориентации. Пусть создаваемое внешними источниками переменное магнитное поле локализовано в небольшой области. В отсутствие обменных взаимодействий вынужденные прецессия и нутация спинов электронов наблюдаются лишь в пределах этой области. Иначе будет при наличие 17' обменных взаимодействий. Спины некоторой возб жденной области вызывают п цессию и нутацию близлежа их спинов не- в(возбужденной и ласти.
При 1 ( ( Гфр последние тормозятся, взаимодействуя с более удаленными соседними спинами, и волновой процесс в протяженном кристалле не возбуждается. Наоборот, при 1) 1фр кинетическая энергия спинов возбужденной области превышает потенциальную энергию спинов в магнитном поле. Создаются условия волнового распространения энергии под действием обменных сил. Распространение гармонической волны (рис. 12.22) сводится к передаче прецессионного и нутационного движений спинов с конечной фазовой скоростью ч,„„,. Длина спиновой волны определяется ее фазовой скоростью Х„„„=ч„„„ф Фазовая скорость ч„„„существенно изменяется в узкой области частот, близких к Ц р, но больших 1, р.
При 1 = 1фр значение ч, „„стремится к бесконечности, групповая ско-рость (как и при критической частоте колебаний в волноводе) обращается в нуль. Уменьшаясь с повышением частоты, фазовая скорость ч, „„ проходит через значение фазовой скорости электромагнитной волны ч„, и, наконец, через значение фазовой скорости акустической волны ч,. Для случаев совпадения скоростей ч„„„ ж ч, и ч,„„„ ч, модель спиновой волны следует уточнить. При ч„„„ ж ч, спиновая волна не должна рассматриваться в отрыве от электромагнитной.
Возбуждая переменное магнитное поле, волна рис. 12.22 возбуждает электромагнитную волну, и наоборот. Образуется комбинированн я волна, энергия электрического поля которой при ч„„„- ч, одного порядка с энергией спинов. Взаимодействия волны (рис. 12.22) с элементами кристаллической решетки приводят при ч„„„ж ч, к распределению вдоль нее механических (акустических) колебаний. Для комбинированной магнитоакустической волны энергия акустических коле- ' 27 баний в этом случае одного порядка с энергией спиивн новых. Х' э'""' На рис.
12.23 построены зависимости: ч,„(7') = = сопя(, ч, (1) = сопя( (горизонтальная штриховая линия) и ч„„„()) ~ сопя( (спадающая штриховая линия) без учета волновых взаимодействий. Зависимости ч (7) комбинированных волн вписываются в предыдущие. Три таких зависимости 1, П, П1 показаны на рис. 12.23 сплошными линиями.
Наиболее важную зависимость П можно трактовать двояко. Зто не только зависимость фазовой скорости комбинированной волны П от частоты колебаний 1 при постоянной индукции и феррорезонансной частоте ~э„, но и ее зависимость от )Ф„- — — уВ/2п при 1 = сопй. ОтсюРис. 12.23 да следует интересййй вывод. С уменьшением индук- а г лелин= иФ,~г ов ~~'. вр 174 ции В в'цаправлении распространения волны последняя согласно кривой 11 преобразуется из электромагнитной в спиново-электромагнитную волн а затем в чисто спиновую. Кванты энергии электромагнитной волны называют фотонами, спиновой волны — магнонами. С уменьшением индукции В вдоль направления распространения волны возможно, ким образом, фотон-магнонное преобразование. При дальнейшем умень енин В вдоль этого же направления спиновая волна преобразуется в акустическую. Называя фононами кванты акустической энергии, гоцорят о магнон фононном преобразовании.
Если же индукция постоянного магнитного поля В нарастает затем в направлении распространения волны, возможны фонон-магнонное и магнон-фотонное преобразования. В условиях многократных волновых преобразований монокристалл ЖИГ обладает дисперсионными свойствами. В зависимости от частоты 1 изменяется, в частности, длина участка фононного распространения, существенно сказывающегося на групповом запаздывании. Кристаллы ЯИГ могут использоваться для построенич СВЧ дисперсионных фильтров с полосами частот в сотни и тысячи мегагерц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
