Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

6.97 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1711 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>


Если условие (2.57) не					выполняется, то			ключ		не м о ж е т
быть		согласован.		Н а	рис. 2.22 показана				зависимость
Ф 2	от	(GT i?n )	д л я	различных			значений /г. При			уменьше
нии	произведения			(С?т /?и )		и	увеличении	/г2	величина Ф 2
стремится к 0,5. Физически это соответствует										передаче
максимальной			мощности.			Произведение		(GTRn)		м о ж н о


уменьшить,	трансформируя		сопротивление нагрузки в
низкоомное	сопротивление		на	выход согласующего
четырехполюсника		с помощью		т р а н с ф о р м а т о р а	актив
ных сопротивлений		или выбирая		соответствующие	пара -

Р и с . 2.22

метры пленки. Кроме того, можно уменьшить эквива лентную проводимость GT , выбирая соответствующим образом конструкцию полосковых линий, так как про

водимость

обратно

пропорциональна

коэффициенту fv

(1.17). З н а я

оптимальное

значение

относительного

по-

токосцепления Ф из условия устойчивого положения

век

тора

намагниченности, м о ж н о определить

компоненты

управляющего

поля. И з уравнения

(1.23)

имеем

~ =

\ - 2 Ф 2

4 - / ^ ( 1

Ф2 )!/2 + / г т Ф .

(2.58)

Так

к а к

компонент

управляющего

поля две: кл

/гт , то

д л я

их определения

воспользуемся

дополнительным

у с л о

вием

равновесия

Ф (1 - Ф 2 ) " 2 -

/гт (1 -

Ф2 )!/2 + /гл Ф =

100

Р е ш а я	его	совместно		с	(2.58),	найдем		уравнения д л я
определения		компонент		управляющего поля:
				2W2	+	Ф 2	- 1	,
	1к = Ф			+ ф2\				(2.59)

где Ф	определяется		из	полученного			ранее в ы р а ж е н и я
(2.56).	Д л я	случая,	когда		известно		направление управ

ляющего поля относительно трудной оси пленки, соот

ношения		д л я модуля	hv и аргумента \|3	у п р а в л я ю щ е г о
поля,	при	которых выполняются условия		согласования,
могут	быть определены		следующими уравнениями:

	-ф2	(2.60)
Р =	arc sin X
(1 — ф а ) 1 ' 2 / — + Ф 2 — 1
'	<!>"	(2-61)
		(2-61)

В о з м о ж н ы различные варианты конструктивного реше ния управляющей цепи. Н а п р и м е р , поле по легкой оси можно сделать постоянным, создавая его при помощи катушки с большим количеством витков или с п о м о щ ь ю

постоянного	магнита, а	в качестве	изменяющегося во
времени управляющего		поля использовать компоненту
по трудной	оси. При этом	улучшаются	п а р а м е т р ы ключа

в закрытом состоянии, так как из-за постоянно дейст вующей компоненты управляющего поля уменьшается влияние дисперсии. Кроме того, подмагничивающую си стему можно использовать как общую дл я нескольких ключей одновременно.

Перейдем к	определению	ослабления	и коэффициен
та отражения ключевого устройства в открытом				состоя
нии. Производя	подстановку	уравнения	(2.53) в	(2.49),

101

п о л у ч а ем в ы р а ж е н и е д л я ослабления ключа в открытом состоянии на рабочей частоте

При оптимальном управляющем поле будем иметь

k,£+££f

ffo = 101g •

Зависимости 350 от произведения (GT /?„) д л я различных значений коэффициента /г показаны на рис. 2.23. И з за висимостей, приведенных на рисунке, следует, что удов летворительные значения ослабления в открытом со-

Р и с . 2.23 Рис . 2.24

стоянии		можно реализовать только при низких значе
ниях	произведения				(GTR„).		Используя матрицы		пере
дачи	[37],		в ы р а ж е н и е			для	коэффициента о т р а ж е н и я
м о ж н о		получить		в	виде
	Г	=	*L +	• -			, .	2RHXBX
М о д у л ь		и	аргумент			коэффициента		отражения в	этом
с л у ч а е		равны

< Р =

t g /?2 -4- X 2

/?2 "

102

С учетом уравнения (2.51) и (2.52) выражение д л я ко эффициента отражени я можн о переписать в виде

^•Л2	^Т2	RHGrLTt	Уи/?ц	I C T i T i	2	/
Г =			i			(2.64)
^•Л2 +	^Т2 +	RnG-tL-rx + jtoRn у С т Z,T i			-^J-	j
На рабочей частоте,		когда	частота	несущей		совпадает
с частотой ферромагнитного резонанса пленки,						в ы р а ж е
ние для коэффициента отражения примет					вид
	Г =	£л2	RHGTLrl			(2.65)
			RHGTLrl

На рис. 2.24 приведена зависимость коэффициента отражения от управляющег о поля. Незначительное рас хождение теоретической кривой с экспериментальными точками обусловлено неодиородностями в переходах.

Мощность на выходе ключевого устройства может быть определена из соотношения

		Й2ф2(1 _ ф2) (1 — 1 Г Ра		(2.66)
Роых I			О о - " 2 ) 2	(2.66)
Роых I	( С т / ? н	+ 1 - Ф = ) 2	О о - " 2 ) 2	+
	( С т / ? н	+ 1 - Ф = ) 2

ГДе РВЬ1Х	т а х — im.-iRn№-
На	рис. 2.25	показаны теоретическая		(сплошные

линии) и экспериментально снятые (пунктирные линии)

зависимости выходной мощности от управляющих	полей.
Д л я исследования ортогонального С В Ч ключа	была

использована эквивалентная схема однородной пленки. Р е а л ь н а я пленка, о б л а д а ю щ а я неодиородностями, ведет себя несколько иначе. Это проявляется в следующем.. Угловая дисперсия уменьшает затухание в закрытом со стоянии. Кроме того, д л я нормальной работы ключа не обходимо, чтобы значение к. с. в. в закрытом состоянии было как можно больше. Наличие неоднородностей плен ки уменьшает к. с. в. в закрытом состоянии, так как при этом всегда существует момент между высокочастотным полем и областями пленки, направление легких осей ко торых не совпадает с направлением высокочастотного поля.

Неоднородность пленки сказывается т а к ж е и на ве личине выходной мощности. При анализе входного со противления согласующего четырехполюсника были по-

103

лу.чены в ы р а ж е н и я д л я оптимального значения устано вившегося относительного потокосцепления и соответст

вующих ему у п р а в л я ю щ и х полей. Д л я		областей		пленки,
направление легких осей которых при		/гл =	/гт	=	0 от
личается	от ее средней легкой оси, полученное				значе
ние Ф 2 не	будет оптимальным . Поэтому	эти	области бу
дут д а в а т ь меньший в к л а д в выходную		мощность			ключа.

Экспериментальные исследования ортогонального клю ча с различными пленками, проводимые « а частоте поряд ка 1 ГГц, показали, что в зависимости от дисперсионных

Р и с . 2.25

свойств пленки, определяемых ее неодпородностями, ве личина ослабления в закрытом состоянии колеблется в пределах от 30 до 40 д Б . В открытом состоянии при оп тимальном значении управляющего поля ослабление в основном зависит от эквивалентной проводимости С7Т. Экспериментально было получено минимальное ослабле ние в открытом состоянии порядка 1,6—2,0 д Б . Полоса пропускания, обеспечиваемая СВЧ ключом, составляла


30-—40% от		несущей. Величина управляющего поля							не
п р е в ы ш а л а		800 А/м.
2.3. ВКЛЮЧЕНИЕ			ПЛЕНКИ		В	КАЧЕСТВЕ НЕОДНОРОДНОСТИ
Э к в и в а л е н т н а я			схема		при включении			пленки в	ка
честве	неоднородности			линии		может	быть	представлена
в виде	двухполюсника			(рис.		2,1, б) .	Д л я	случая линей-

104

ного режима работы эквивалентная схема пленки позво ляет взаимодействие пленки с внешними цепями предста вить в виде вносимого в них полного сопротивления, за висимого как от частоты электромагнитных колебаний, взаимодействующих с пленкой, так и от величины внеш него управляющего поля.

Р и с . 2.26

Рассмотрим влияние активной и реактивной состав л я ю щ и х вносимого полного сопротивления на внешние

цепи и обсудим возможность использования их			д л я соз
дания различных С В Ч	устройств. Н а	рис. 2.26	приведен
характер зависимостей	активной и	реактивной состав

л я ю щ и х вносимого полного сопротивления от внешнего

смещающего поля,	направленного вдоль	легкой	оси
пленки. В качестве	п а р а м е т р а используется	значение	не

сущей частоты высокочастотного поля, взаимодействую -

105

щ е го с пленкой. Когда в качестве

п а р а м е т р а

использу

ется внешнее с м е щ а ю щ е е

поле, а

в качестве

независи

мой

переменной — частота,

зависимости

составляющих

вносимого

сопротивления

имеют

вид,

показанный

на

рис. 2.26,

в.

Ширина кривой поглощения д л я активной составляю

щ е й

при # л =

0 д о л ж н а быть

больше, чем

при

Я л >

О,

т а к

как

этом

случае уменьшается

влияние

неоднород

ностей пленки. Учитывая, что вблизи резонанса

соотно

шение

К р а м е р а — Кронига

справедливо

д л я

сред

тензорной

восприимчивостью

(т. е. зная

диссипативную

кривую,

можно

получить

из

нее

кривую

дисперсии),

м о ж н о

сделать

заключение,

что зависимость

реактивной

составляющей вносимого

сопротивления при

# л

0 так

ж е будет более пологой

с меньшими

значениями

модуля .

Н а рис. 2.26, б, в приведены зависимости

составляю

щих полного сопротивления для случая, когда высоко частотное поле действует вдоль трудной оси, а в качестве с м е щ а ю щ е г о поля используется или поле анизотропии пленки, или суммарное поле, состоящее из поля ани зотропии и дополнительного внешнего поля, 'Направлен ного вдоль средней легкой, оси пленки (рис. 2 . 26,а) . По ворот пленки в этой ж е плоскости на 90° приведет к то му, что магнитная составляющая высокочастотного поля


будет направлена вдоль легкой оси, а с м е щ а ю щ е е						поле
перпендикулярно высокочастотному — вдоль				трудной		оси
(рис. 2.27, а ) . Зависимости			компонент вносимого		сопро
тивления	от	смещающего	поля для этого	случая	пока
з а н ы на	рис.	2.27, б. В том	случае, если со <	со1С, то	явле

ние спинового поглощения наблюдается при двух зна чениях управляющего поля:

Я у = Я т 1 < Я к и Я у = Я т 2 > Я к .

П о отмеченным выше причинам в первом случае, т. е. при меньшем значении управляющего поля, значения

модулей реактивной и активной составляющих					полного
сопротивления		меньше, чем	во втором.	Д л я	случая
<о > и к	резонанс	наблюдается	только при смещающих
полях,	больших	поля анизотропии.
Р а с с м о т р и м составляющие			вносимого	сопротивления

с точки зрения возможности использования их в С В Ч

приборах .	Р е а к т и в н а я	составляющая вносимого сопро
тивления	может быть	использована	д л я управления фа
зой С В Ч	волны, взаимодействующей		с пленкой. В ы р а ж е -

Д06

1вк

*.\. м

\ 2

'"о

_ _ К 7

" г

Р и с . 2.27

ние, характеризующее реактивную компоненту, имеет следующий вид:

				(ш о — щ 2 )			(2.67)
				(«g	СО2)2 Н- 4»»€*»	'

			Ф 2 , когда легкая ось пленки параллельна вы
где т	=	1	сокочастотному		полю,
			(1 — Ф2 ),	когда	легкая ось пленки перпен

			дикулярна высокочастотному				полю,
о>о — частота			ферромагнитного		резонанса	(1.21).
К а к		можно видеть		из рис. 2.26 и 2.27,			м а к с и м а л ь н ы е

значения реактивной составляющей дл я двух способов

включения пленки совпадают с зоной	максимального
спинового поглощения — с максимумом резонансной		кри
вой активной составляющей вносимого	сопротивления,
что приводит к нежелательным потерям во внешней		це-
		107

пи. Таким образом, частотная область, с о в п а д а ю щ а я с областью частот ферромагнитного резонанса пленки, ока

зывается малопригодной д л я управления

фазой.

Во

втором варианте расположения пленки (рис.

2.27, а)

некоторый интерес

представляет

область,

з а к л ю

ченная

м е ж д у значениями

у п р а в л я ю щ е г о

поля,

равны

ми

# Т

и Я т 2

(в частном

случае равном

полю

анизотро

пии

Я к ,

рис. 2.27, б ) .

Д л я

идеальной модели

пленки

при

этом

резонансная

ч а с т о т а * (рис.

2.27,в)

ш2

со2

(1 — 2Ф 2

+ / / т

)

О,

откуда

Хвн

— 1/соСт,

т. е.

во

внешнюю

цепь

от

пленки

вно

сится

емкостное

сопротивление.

Д л я

реальных пленок за счет .их иеоднородностей

ве

личина

резонансной

частоты

соо имеет

конечное

значе-

ние сон (рис. 2.27, а ) , а по

тери

интервале

м е ж д у

резонансными

значения

ми полей

возрастают (рас

тет

Rm)

возможность

использования

реактив

ной

составляющей

этой

области

уменьшается .

Области

значений

сме

щ а ю щ и х

полей

выше

Р и с .

2.28

н и ж е резонансных,

кото

рые

з а х в а т ы в а ю т спадаю

щие

участки

резонансных

кривых активной и реактивной составляющих зависимо сти, имеют свои недостатки. Использование у п р а в л я ю щего поля, превышающего значения смещающего поля, соответствующего резонансу, приводит к значительному увеличению мощности управления (однако при необхо димости этим недостатком можно пренебречь). При зна чениях управляющего поля, меньших резонансного, имеется возможность попасть в область потерь в малых


полях,		обусловленных (кроме		потерь Л а н д а у —		Л и ф ш н -
ца)	в	значительной степени		неоднородностямн		пленки
(рис.		2.28). Если ширина кривой ферромагнитного ре
зонанса велика, то области			потерь могут		перекрываться .
Н и ж е		будет рассмотрена	возможность		создания плав
ного	ф а з о в р а щ а т е л я с использованием области					смещаю
щих	полей выше резонансных.

* Необходимо учитывать, что значение собственной частоты да же в линейном режиме за счет потерь отличается от нуля.

408

А к т и в н ая с о с т а в л я ю щ а я вносимого сопротивления мо


ж е т	использоваться д л я управления потоком				высокочас
тотной энергии		в ключевых	устройствах.		В ы р а ж е н и е
д л я	активной составляющей		запишется так:
		* - - M - 5 T +		w -		< 2 - 6 8 >
К а к	и д л я рассмотренной выше			реактивной	составляю
щей,	в данном случае т а к ж е		возможны два способа рас
положения пленки. П р о м е ж у т о ч н ы е положения						пленки
не представляют		интереса, так как абсолютная				величина

Ran при этом падает. При использовании в устройствах активной составляющей вносимого во внешнюю цепь со противления на частоте Ф М Р пленки существенное зна чение приобретает ширина резонансной кривой. Некото

рые	аспекты этого	вопроса были	обсуждены ранее,
в гл.	1.
В	этом п а р а г р а ф е	рассмотрены	радиотехнические

устройства, которые используют включение тонкой фер ромагнитной пленки в качестве неоднородности полос

ковой линии.	К ним	относятся: С В Ч		ключ	на неоднород
ной линии,	плавный		ф а з о в р а щ а т е л ь и		запоминающий
элемент. Перейдем		к	рассмотрению	использования Т Ф П

в качестве неоднородности в полосковой линии д л я соз дания С В Ч ключа.

2.3.1. Ключ на неоднородной линии

В этом случае тонкая ферромагнитная пленка включена в цепь в качестве неоднородности и ее экви валентная схема имеет вид, показанный на рис. 2.1, е. В ключе, использующем пленку по схеме двухполюсни

ка,	затухание в з	а к р ы т о м	состоянии целиком определя
ется	п а р а м е т р а м и	пленки,	а ослабление в открытом со

стоянии зависит практически только от потерь в полос ковой линии. Поэтому с технологической точки зрения такой ключ реализовать проще, чем рассмотренный вы

ше ортогональный С В Ч	ключ, в	котором	пленка рабо
тает как у п р а в л я е м ы й проходной		элемент.
При соответствующей	величине феноменологической

постоянной затухания а двухполюсник, представляющий эквивалентную схему магнитосвязанной пленки, обла дает резонансными свойствами. В ы р а ж а я компоненты

109

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1711 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ