Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 41
Текст из файла (страница 41)
8.17). При отсутствии потерь свободная прецессия продолжалась бы при неизменном ~ гле ф В действительности же в результате трения угол ф начипает быстро уменьшаться; векторы магнитных моментов электронов располагаются по направлению постоянного магнитного поля Ло Феррит оказывается намагниченным. Иначе обстоит дело, когда на феррит, кроме постоянного поля, ~вложено высокочастотное магнитное поле с круговой частотой в, близкой к частоте прецессии со,.
Пусть высокочастотное магнитчое поле Н имеет круговую поляризацию** и ориентировано перпендикулярно к постоянному магнитному полю Оо, как изображено на рис. 8.17. Предположим сначала, что направление вращения вектора Н совпадает с прецессией магнитного момента М. От спооба получения круговой поляризации пока отвлечемся. При ю = о, вращающийся вектор Н остается неподвижным относительно прецес".ирующего магнитного момента М. Следовагельно, высокочастотное магнитное поле постоянно стремится увеи1чить угол ф, показанный на рис.
8 $7. Нарастание амплитуды * Действующее магнитное поле определяется не только внешним полем, но и внутренними полями анизотропии, размагничивающими полями формы ферритового стержня и другими факторами. ** В данном случае, говоря о круговой поляризации вектора Н-, будем подразумевать, что этот вектор вращается с частотой СВЧ сигнала, не изменяя своей величины, и описывает своим концом окружность (ср. обычлюе определение плоскости поляризации волны по ~ 2.8).
25$ вынужденной прецессии ограничено магнитным трением. В ре- зультате достигается установившийся режим 'Ф=соп~~, при кото ром (<гироскоп», соответствующий моменту М, описыва~т кониче- скую поверхность с осью Но Энергия не р прерьгвно подводимая от иысокочастотно- О го магнитного поля, рассеивается в виде °,~~~~„.~цц тепла в кристаллической решетке феррита. Если частоты со и со не совпадают, эффективность взаимодействия уменьшается; потери в феррите снижаются. В случае взаимно противоположных ~ 7 направлений вращения вектора Н и мл9б' гнитного момента М поглощения энергии в феррите в среднем не происходит, так как механический момент, действующий на электрон, не остается постоянным, Рис. 8Л7.
Прецессия а изменяется с удвоенной частотой сигнала. В этом нетрудно убедиться, рассмат- электрона в постоян- ривая векторное произведение векторов ном магнитном поле МпН Таким образом, при совпадении направлений вращения векто- ра высокочастотного магнитного поля и магнитного момента электрона феррит ведет себя подобно резонансному контуру с собствен- Я а«] ~,5 '~ «~ ной частотой ж,. Поскольку величина н,линейно зависит от на- 4 пряженности постоянного магнитного поля Но, потери в феррите Р' проходят через резонансный ма! + ксимум, как показано качественно на рис. 8.18,а, кривая 1.
При взаимно противоположных на! 4 правлениях вращения, однако, под тери не имеют максимума на резонансной частоте (пунктирная кривая 2 на рис. 8.18, а). Рис. 8Л8. Характер зависимо- Описанное явление носит насти активной и реактивной звание ферромагнитного (гиромасоставляющих магнитной про- гнитного) резонанса и играет важницаемости гиротропной сре ную роль в теории и применении ды для волн с правой и левой круговыми поляризациями от Ферритов. Пользуясь уравнением напряженности постоянного (8.5,а), нетрудно найти, напри- магнитного поля при ~=сопМ мер что максимум поглощения при напряженности магнитного поля Н„равной 1000 з (приблизительно 8 ° 104 а/и), лежит на ча- стоте около 2800 Лагу, т.
е. при длине волны в свободномпростран- стве 1=10,7 сл. О,РЮ ! 256 Существование потерь в обычном диэлектрике может быть описано комплексной величиной относительной диэлектрической проницаемости (см. ~ 2.1). Б случае феррита существованиемагнитБых потерь может быть характеризовано по аналогии комплексной величиной скалярной магнитной проницаемости. Чтобы учесть различия для двух направлений круговой поляризации, оказывается необходимым ввести не одну, а две комплексные магнитные проницаемости. Обозначим через р, относительную магнитную проницаемость феррита, соответствующую положи~ельному или правому (в направлении часовой стрелки) вращению вектора Н при котором потери имеют резонансный максимум.
Соответственно р — комплексная проницаемость при отриуательиой или левой круговой поляризации вектора Н Таким образом, в общем случае Кривые, изображенные на рис. 818,а, качественно показывают ход зависимости величин и+ и р от напряженности постоянного магнитного поля Но. Ширина резонансной кривой Р =1(Ос) зависит от свойств феррита и составляет обычно от нескольких десятков до нескольких сотен эрстедов. Анализ показывает ~3, 10~, что действительная часть магнитной проницаемости для левого вращения круговой поляризации, т. е.
величина р, подобно величине и, почти не зависит от напряженности постоянного магнитного поля Но (см. рис. 8.18,6, кривая 2). Однако в случае правого вращения величина р+резко изменяется в области ферромагнитного резонанса, как показано на кривой 1, рис. 8 18, б. Можно провести аналогию между этой кривой и изменением реактивного сопротивления резонансного контура вблизи его резонансной частоты.
Наиболее характерными примерами применения свойств ферритов являются резонансный однонаправленный ослабитель на базе волновода прямоугольного сечения и однонаправленный ослабитель, использующий эффект Фарадея в круглом волноводе. б. Резонансный вентиль в прямоугольном волноводе Идеальным однонаправленным осла бит ел ем или вентидед" принято называть четырехаолюсник, не создающий ослабления для волны, двигающейся по линии в одном («прямом») направлении, но вносящий бесконечно большое затухание для другого («обратного») направления движения энергии. * Иногда используется название «изолятор» (в смысле изоляции, т. е.
развязки генератора и нагрузки). 17 и. В. лебедев Рассмотрим волновод прямоугольного сечения, возбужденный на низшей волне типа Н1О. Для получения невзаимного эффекта, в соответствии с ~ 8.5,а, желательно расположить феррит в том участке волновода, где высокочастотное магнитное поле имеет круговую поляризацию. Напомним, что волна типа Н1о в целом имеет линейную поляризацию.
Однако, обращаясь к рис. 8 19, нетрудно видеть, что су- П вЂ” ~х )д Хз. Хг Рис. ЗЛО. К рассмотрению поляризации высокочастотного магнитного поля при волне типа Н1О в различных продольных сечениях прямоуголь- ного волновода ществуют две продольные плоскости ю=сопз$, параллельные узкойстенке волновода, где магнитное поле имеет чисто круговую поляризацию. Эти плоскости находятся на расстоянии приблизительно 4 от узких стенок волновода~. Направление вращения ектора Н в каждом из указанных продольных сечений взаимно противоположно и зависит от направления движения волны по волноводу.
В этом легко убедиться, мысленно «протягивая» всю совокупность магнитных силовых линий сначала в одном, а затем в другом направлениях, и фиксируя поворот вектора Н в плоскости ю~. Для того, чтобы получить однонаправленное ослабление, ферритовая пластина должна быть расположена в одной из двух ука- а лв очнее, на расстоянии агс1д ~~, при котором ~БД = 1Щ, см. уравнения (3.60) и (3.61). занных плоскостей, как показано на рис. 8.20, а. Постоянный магнит, создающий поле Но, располагается относительно волновода, как изображено на рис. 8.20, б (ср. рис.
8.17). Если нап я апряженность постоянного магнитного поля выбрать равной или близкой к величине Норез (см. рис. 818), то феррит поглощает мощность волны, создающей правополяризованное высокочастотное маг с отное магнитное поле. Поглощения волны, идущей по тому же волново лноводу в противоположном направлении, практически не происходит. Рис. 8.20.
Расположение ферритовых пластин и постоянного магнита в резонансном ферритовом вентиле на базе волновода прямоугольного се- чения Рис. 8.21. Внешний вид резонансного ферритового вен- тиля 259 На практике удается обеспечить потери в «обратном» направлении порядка 20 — 30 дб при потерях в «прямом» направлении 0,5 дб и менее. Коэффициент стоячей волны при этом не превышает 1,1. Вся СВЧ' ся СВЧ мощность, идущая в «обратном» направлении, рассеивается в виде тепла в массе феррита, что ограничивает величину предельно допустимой средней мощности.
Для улучшения отвода тепла на стенки волновода часто используется вариант расположения двух ферритовых пластин уменьшенной высоты (см. рис. 8.20, б). Внешний вид одного из резонансных вентилей приведен на рис. 8.21. Резонансные вентили находят применение во всем сантиметровом диапазоне волн; наиболее низкие рабочие частоты доходят до 350 — 400 Мг~. Рабочие мощности в импульсном режиме в сантиметровом диапазоне волн доходят до нескольких мегаватт. Недостатком резонансного вентиля, особенно сильно проявляющимся в миллиметровом диапазоне волн, являет".я большая величина постоянного магнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
