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

Исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем
Целью данной работы является исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем называемого Фильтром Калмана. Задачей работы помимо исследования алгоритма является реа ...

Методы оценки качества функционирования систем распределения информации
Автоматическая телефонная станция (АТС), сеть связи, для передачи и приема различного вида информации (телефонной, телеграфной, передача данных) состоят из тысяч отдельных приборов, кот ...

Волноводно-щелевая антенна нерезонансного типа
волноводный щелевой антенна Щелевые антенны применяются для передачи энергии из одного волновода в другой, для излучения энергии во внешнее пространство. Компактность и возм ...

www.domen.ru © 2019