Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 53
Текст из файла (страница 53)
а средняя мощность изменяется обратно пропорпионально квадрату частоты, Типовые значения параметров на частотах диапазонов Я и С приведены в табл. 2. 5,2. Свойства ферромпаи. материалов, применяемых е ферритоеых фазовр. щий н прецессию относительно направления постоянного магнитного поля. Ввиду аличия обменных сил, которые стремятся упорядочить диполи друг относит льно друга, вектор намагничивания в каждой точке испытывает аналогичн прецессию, как пока- вано на рис.
1 [1Ц. Уго прецессии для данного "ас Чс значени напряженности высоко- частотно о магнитного поля зависит от о ошения частоты поля к частоте ларморовской прецессии (гиромагнитиой резонансной частоте), Высокочастотное магнит- М М ное поле, создаваемое в направлении оси х или р, обусловливает появление высокочастотных составляющих намагничивания в обоих направлениях. На рисунке ати составляющие соответствуют проекции конца прецессирующего вектора на плоскость ху. Измене- йх х йу х ния составляющих в обоих направлениях, обусловленные меняющимся высокочастотным полем по одной из осей, характеризуют тензорные свойства материала. Теизор магнитной проницаемости.
Проницаемость бесконечной ферромагнитной среды при создании постоянного магнитного поля в направлении оси х может быль записана н виде теизора магнитной проницаемости [12) (в литературе известен еще как тензор !!олдера) р — Ь О р О О О 1 р= на где 2!3 р=1+(ыс+ !ыа) ыс([[ы!+ !ыа)з — юз[; (2) й=ы" /[("!+!юа) " [: (3) ыс = 74пМс (4) и! =ТНВ (5) юа = т!зУйН. (6) Величины Т, 4пМ„Нц ЛН и ы представляют собой соответственно гиромагнитное отношение (постоянная величина с значением 2п Х 2,8 МГц/м), намагниченность насыщения (при которой все магнитные моменты упорядочена!)„ напряженность внутреннего постоянного магнитного поля (вилючая внешнее поле), ширину резонансной линии по оси напряженности и значение высокой частоты.
В атих уравнениях используется соотношение для демпфирования прецессии в виде, который определяет магнитные потери [13). Величины р и й являются комплексными и могут быть представлены в виде р = р'— — !р" и й = й' — !й". Уравнения для р', р" и й', й" можно получить путем разложения уравнений (2) и (3).
В фазовращателях фазовый сдвиг зависит от действительных величин, а вносимые потери определяются мнимымн величинами. Гл. Б. Фпзоврпггготели Фазироеанных питеинеьт решеток Нггг Впряменнпггпь магниргнагв ргля,З 214 Изменение составляющих теизора в зависимости от анешиего магнитного поля и частоты. Типовые характеристики р' н р" [14) в функции от внешнего магнитного поля для ферромагнитного материала, работающего иа частоте ы, приведены на рис. 2. В общем случае форма кривых изменения й' и й" аналогична форме соответствующих кривых р' и р".
Обе кривые на рисунке проходят через точку резонанса при напряженности магнитного поля Н„,. Резонанс возникает при в; = в (т. е. когда Н! = в/у). В точке резонанса составляющая потерь )е" достигает максимума н плавно спадает за резонансном точкой. Разность значений напряженности поля н двух точках, где р" равно половине своего максимального значения, называется шириной резонансной линии. В непосредственной близости от точки резонанса действительная составляющая р' быстро меняется по величине и знаку. Хотя фазовращатель, работающий вблизи точки резонанса, 1 способен создавать значительный фаза 1 вый сдвиг при изменении анешнего 1 поля, вносимые потери в этой точке 1 будут весьма большими, и практиче 1 ское использование фазоиращателя ока зывается нецелесообразным.
Лля умень. 1 щения потерь в точке магнитного резо- В еа панса большинство фазовращателсй разрабатывается для работы при слабых г(Н магнитных полях, при которых фазовый 1 сдвиг на единицу длины относительно невелик. Подобный подход является рациональным, поскольку коэффициент качества по фазе (фазовый сдаиг на единицу вносимых потерь) большинства ферромагнитных материалов достигает своего наибольшего значения именно Иис.
т. Зависимость изменения и' и и" при маЛЫх Магинтиык попах. Срааниот внемнега постоянного магнитного поня !г41. тельно высокий коэффициент качества по фазе может быть также получен при работе феррита в режиме, который близок к магнитному насыщению и аыше точки магнитного резонанса. Однако при этом необходимо создавать весьма мощное магнитное поле, что снижает практическую ценность фазовращателя с точки зрения его размеров и массы. Типовая характеристика аеличины 14' в функции от частоты для ферромагнитного материала при подмагничивании слабым магнитным полем приведена на рис.
3. Первая резонансная точка возникает в диапазоне очень высоких частот и обусловлена движением доменов. Для определения этой тачки необходимо дальнейшее преобразование уравнения (2). Вторая резонансная точка зозникает при условии, когда ы = в!. Низкие вносимые потери фазовращателя обеспечиваются при работе выше точки резонанса. Выбор намагниченности насыщения. При конструировании фазовращателя для работы в определенном частотном диапазоне следует тщательно подходить к выбору величины намагниченности насыщения ферромагнитного материала.
Если эта аеличина слишком мала, то получается сравнительно небольшой фазовый сдвиг на единицу длины и невысокая эффективность фазовращателя. Если же зта величина слишком завышена, то возникают резонансные потери. С учетом вида и анизотропии характеристик размагничивания 52, Свойства ферромаги. материалов, применяемых а ферритоаых фазовр. было доказано (15), что высокая частота резонанса (см. рис. 3) определяется уравнением в, =у (Н„+4пМ ), (7) отношения в,/в. Для снижения намагниченности насыщения используется метод замещения, при котором часть ионов железа в молекуле замещается немагнитными ионами алюминия.
Для феррит-гранатов дополнительно применяется замещение магнитных материалов типа гадолиния на йч еастпта немагнитный иттрий (формируются железоиттриевые гранаты). Подобное замещение обеспечивает такую упорядоченность, что ди. поли гадолиння ориентируются параллельно, но навстречу эффективным магнитным диполям железа, за счет чего достигается снижение намагниченности насыщения.
Зависимость намагниченности от температуры. Во всех феррнтовых фазовращателях сдвиг фазы зависит от намагниченности ферромагнитного материала, которая, в свою очередь, зависит от температуры. Эта температурная зависимость определяется тепловой энергией, обусловливающей нарушение ориентации магнитных диполей. При определенной температуре, известной как температура Кюри, величина тепловой энергии оказывается достаточной для снижения намагниченности до нуля. Одной из проблем, которая возникает прн замещении железа на алюминий, является то, что при снижении намагниченности насыщения температура Кюри надает, т. е. материал становится более чувствительным к температуре.
Это можно видеть из семейства характеристик для ферритов с присадкой магния, марганца и алюминия, показанных на рис. 4. Весьма высокая температурная чувствительность ферритов с низкой намагниченностью насыщения при нормальной температуре окружающей среды является одним из факторов, определяющих их меньшую пригодность для использования на более низких частотах. На рис. 5 приведено семейство кривых зависимости намагниченности насыщения от температуры для железоиттриевого граната с замешенным гадолнвием (17). Подобное замещение позволяет получить материал, обладающий высокой термостабильностью в широком диапазоне изменения температур. Такое свойство достигается за счет явления взаимной компенсации намагни.
ченности в функции от температуры для гадолиния и железа. Для получения температуростабильных материалов на основе феррит-граната с минимальной намагниченностью насыщения до 200 Гс используется комбинированное замещение алюминия и гадолиния. Ограничение по импульсной мощности.
Одно из явлений, возникающих в ферромагнитных материалах при высоких уровнях высокочастотной мощ- 215 Частота .где Нл — эффективная напряженность магнитного поля анизотропии. Для большинства СВЧ ферромагнитных материалов справедливо неравенство 4пМ, » Нл. Поэтому для исключения резонансных потерь отношение в,/в должно быть меньше единицы )14) Далее будет показано, что оптимальные характеристики для работы при высоких уровнях мощности достигаются при вг/в < 05 Большинство ферромагнитных материалов обладает слишком высокой намагниченностью насыщения, что не позволяет придерживаться рекомендации по выбору величины Гл. 6.
Фазозращатвла фазирозанных антенных решеток ности, заключается з появлении ограничения, которое обусловливает резкое возрастание вносимых потерь при определенном значении импульсной мощности. Это ограничение связано со спивовыми волнами (магнонамн), выполняющими роль механизма связи между высокочастотным сигналом и кристаллической решеткой. Спиновые волны возбуждаются з результате нагревания б ддд 3 м700 й щщ 1000 4 д -770 -170 -Ю едд +150 +Я еддд Тплпераадра,д Ряс. 4. завнсямостн вамагннчеяностя насыщеня» от температуры ялв ееррятов с прясая- аой магнна, марганца в алщмнняв. и распространяются внутри материала даже при отсутствии внешнего высокочастотного магнитного поля. Распространению волн способствуют магнитные диполи с осевым вращением, которые ориентируются друг относительно друга за счет обменных сил и способны усиливать магноны в широком спектре дд 00 ,Ь 7 ддд ф тддд а цы ф д -770 -170 -70 +дд ь 130 +200 еддд уанппрпадра,'С Ряс.
6. завясямость намагняченностн насыщенна арнсталлов граната Оахт, — кягО от температуры нлн различных значеннй х Рты частот. При подаче небольшого высокочастотного сигнала магнитные диполи испытывают прецессию и часть знергии прецессии поглощается кристаллической решеткой, что обусловливает появление вносимых потерь. Прв этих условиях амплитуды спиновых волн малы и вносимые потери не зависят от уровня высокочастотного сигнала.
С увеличением напряженности внешнего высокочастотного поля амплитуды сливовых волн начинают возрастать, 2'76 5,~1 Свойства феррамагн, материалов, применяемых з ферритазых фазовр. и выше[определеввой критической величины поля этот процесс становится нестабильным, что приводят к резкому увелпчевпю вносимых потерь [18]. Работа прв уровнях мощности выше критической точки обусловливает возрастание вносимых потерь только ва время подачи сяльпого сигнала и пе вызывает необратимых процессов. На рпс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
