Главное


Исследование ферритовых Y-циркуляторов

В технике сверхвысоких частот широко применяются ферритовые развязывающие устройства, позволяющие существенно улучшить параметры различной радиоаппаратуры. Ферритовые развязывающие устройства являются невзаимными устройствами: электромагнитная энергия со входа на выход проходит практически без потерь и не проходит с выхода на вход, поглощаясь или в самом устройстве или в специальной нагрузке, т.е. это устройства, у которых вход развязан с выходом.

Возможность построения невзаимных приборов обусловлена уникальной для СВЧ полей магнитной проницаемостью ферритовых материалов, находящихся в намагниченном состоянии. В твердом теле под действием магнитного поля Н возникает магнитная индукция В=μμ0Н, где μ0 - магнитная проницаемость воздуха, μ- относительная магнитная проницаемость материала. Для большинства магнитных материалов μ является скалярной величиной и направление векторов Н и В совпадают. У ферритов, намагниченных постоянным магнитным полем, создаваемым например с помощью постоянного магнита, магнитная проницаемость для СВЧ полей является тензорной величиной и вектор В может иметь направление отличное от вектора Н.

По химическому составу ферриты СВЧ представляют твердые растворы окислов металлов (Ni, Zn, Mn, Mg) и окиси железа Fe2O3, которые кристаллизуются в решетки типа шпинели или граната. В таких материалах нескомпенсированные спины электронов соседних атомов кристаллической решетки ориентируются антипараллельно. Именно нескомпенсированностью электронных спинов соседних атомов кристаллической решетки и объясняются уникальные свойства ферритов на высоких частотах.

Пусть феррит намагничен до насыщения магнитным полем Нi, направленным вдоль оси Z (См. рис.1). При этом все магнитные моменты нескомпенсированных спинов электронов будут ориентированы вдоль оси Z. Если вдоль оси Х прикладывается СВЧ магнитное поле, то оно выводит электронные спины из равновесия и возникает дополнительная переменная составляющая намагниченности феррита m и его суммарная намагниченность М∑ уже не совпадает с направлением подмагничивающего постоянного поля, направленного вдоль оси Z. Вектор намагниченности под действием переменного СВЧ поля совершает круговое движение вокруг оси Z с частотой приложенного СВЧ поля, которое аналогично движения волчка (гироскопа) и поэтому эффекты, обусловленные этим явлением называют гиромагнитными. Гиромагнитный эффект характеризуется соотношением между собственной частотой прецессии , где γ =2.8МГц/Э - магнитное отношение электрона, Нi -напряженность постоянного подмагничивающего поля и частотой СВЧ сигнала f. При их совпадении (частота ферромагнитного резонанса) амплитуда прецессии максимальна, энергия СВЧ поля эффективно передается системе электронных спинов и потери сигнала в феррите резко возрастают.

Реакция намагниченного феррита на электромагнитное СВЧ поле существенно зависит от соотношения между направлением распространения электромагнитной волны в феррите и направлением подмагничивающего поля. При постоянном направлении подмагничивающего поля изменение направления распространения СВЧ волны приводит к невзаимным эффектам: при одном направлении распространения энергия СВЧ поля передается системе электронных спинов более эффективно, чем при другом. Этот же эффект проявляется при изменении направления подмагничивающего поля.

Кроме того в СВЧ приборах возможны случаи, когда направления подмагничивающего поля и магнитного поля СВЧ волны ортогональны (поперечное подмагничивание) либо совпадают (продольное подмагничивание). На рис.1 показан случай поперечного подмагничивания, который чаще всего используется в СВЧ приборах, но возможны приборы и на основе продольного подмагничивания, когда направления распространения СВЧ волны и подмагничивающего поля совпадают.

Рис.1

При поперечном подмагничивании процесс распространения СВЧ волны в ферритовой среде может быть описан двумя линейно поляризованными волнами: обыкновенной для которой вектор магнитного поля поляризован вдоль оси Z и необыкновенной, у которой вектор магнитного поля поляризован в плоскости ХОУ. Эффективная магнитная проницаемость феррита для этих волн различная, а значит они имеют и различные фазовые скорости. Между ними возникает фазовый сдвиг, что приводит как к изменению поляризации СВЧ поля вдоль направления распространения волны, так и появлению максимумов и минимумов поля из-за интерференции этих волн. В развязывающих СВЧ приборах чаще используется только необыкновенная волна.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи по теме

Анализ существующей ВОЛС компании ЗАО Мобиком-Хабаровск в Забайкальском крае
Процесс глобального развития информатизации общества происходит колоссальными темпами. С каждым годом значительно увеличивается объем потоков передаваемой информации. Вместе с тем повыш ...

Использование IP-телефонии при ликвидации чрезвычайных ситуаций
Без широкого применения средств связи, автоматизированных систем управления, использующих современные информационные, коммуникационные технологии и новейшую вычислительную технику, нево ...

Генератор линейно-изменяющихся напряжений
Генераторы синусоидального напряжения отличаются тем, что у них цепь обратной связи имеет резонансные свойства. Поэтому условия возникновения колебаний выполняются только на одной частот ...

www.domen.ru © 2018