Волноводно-ферритовые элементы

Магнитронные и клистронные генераторы чувствительны к изменению нагрузки, поэтому при подсоединении нагрузки используются устройства развязывающие генератор от нагрузки – вентили, позволяющие отводить энергию волны без заметных потерь мощности. Переключение передатчика на различные антенны с достаточно высокой скоростью коммутации, автоматическую регулировку мощности СВЧ сигнала, электрическое сканирование лучом позволяют осуществить коммутаторы, циркуляторы, вращатели плоскости поляризации и т.д. Эти устройства наиболее хорошо реализуются на основе ферритов.

Ферриты группа веществ обладающие свойствами диэлектриков и ферромагнетиков:

, по относятся к полупроводникам.

Запишем выражение вектора магнитной индукции:

Феррит – анизотропная среда (каждая проекция В зависит от всех трех составляющих Н), описываемая тензором :

Анизотропные свойства проявляются только в присутствии постоянного внешнего подмагничивающего поля.

Без поля феррит – обычный диэлектрик, а его - скалярная величина.

Анизотропию принято объяснять тем, что электрон, обладающий магнитным и механическим моментом, при взаимодействии с стремится переориентироваться так, чтобы совпадали направления и магнитного момента, но из-за наличия механического момента электрон подобен гироскопу и его магнитная ось (магнитный момент) начинает прецессировать вокруг из-за потерь (диссилация), постепенно сливаясь с ней.

Частота свободной прецессии прямо пропорциональна : ,

где .

В реальном феррите время прецессии .

На практике электромагнитная волна соотносится с как и

;

частота СВЧ ЭМВ.

намагниченность насыщения ;

Для произвольно ориентированной ЭМВ .

В случае волны с круговой поляризацией выражение для упрощается.

Для волны с правой поляризацией: .

Для левополяризованной волны: .

Правополяризованная волна компенсирует потери в феррите и амплитуда прецессии возрастает, т.е. волна с правой поляризацией отдает энергию ферриту тем больше, чем ближе и .

(С ростом амплитуды потери растут, т.е. для поддержания прецессии надо затратить больше энергии).

Явление резкого увеличения поглощения энергии волны при называют ферромагнитным резонансом.

Если знать , легко рассчитать требуемую :

частота ферромагнитного резонанса.

“+”

Потери 1 “-“

0 0

-1

С левополяризованной волной взаимодействие не происходит и можно считать неизменной при любой .

+ вращение по часовой стрелки вдоль .

- вращение против часовой стрелки вдоль .

Т.к. и различны, то и коэффициенты распространения различны, значит волна с линейной поляризацией хотя и остается такой же, но плоскость поворачивается на угол: ,

выражение справедливо для продольно намагниченного феррита. Если , то происходит явление – смещение поля. мнимая величина, в случае правой поляризации амплитуда волны, вынужденной распространятся в феррите, убывает по экспоненциальному закону, а левополяризованная волна нормально распространяется. Если феррит занимает не весь объем волновода, то волна распространяется вне его (т.е. вытесняется).