1.3.2. Измерение магнитной проницаемости феррита

В работе измеряются зависимости компонентов тензора магнитной проницаемости феррита от напряженности подмагничивающего поля. Метод основан на измерении различия скалярной магнитной проницаемости феррита для правой и левой круговых поляризаций высокочастотного магнитного поля. Это различие приводит к тому, что резонатор с ферритовым образцом, помещенным в область магнитного поля с круговой поляризацией, имеет различные собственные частоты колебаний для противоположных направлений поляризации.

Рассмотрим полый цилиндрический резонатор, в котором возбуждаются колебания вида. Эпюр электромагнитного поля этого вида колебаний в цилиндрическом резонаторе и положение образца в нем представлены на рис. 1.4. Цилиндрический образец в резонаторе сориентирован параллельно силовым линиям электрического поля.

Собственная частота колебаний вида определяется по формуле

где – радиус резонатора,– скорость света. Как видно на рис. 1.4, магнитное поле на оси резонатора поляризовано линейно в плоскости.

Колебания с линейной поляризацией магнитного поля можно рассматривать как суперпозицию двух колебаний с круговой поляризацией, имеющих равные амплитуды и противоположные направления вращения вектора(рис. 1.5). Собственные частоты этих колебаний одинаковы, т. е. онивырождены. Пусть вдоль оси резонатора помещен продольно намагниченный ферритовый цилиндр малого радиуса, где– радиус резонатора. Магнитная проницаемость такого цилиндра для право- и левополяризованных колебаний оказывается различной, что приводит к снятию вырождения, т. е. собственные частоты этих видов колебаний оказываются различными. По изменению частот колебаний, соответствующих различной поляризации, можно определить действительные части компонент тензора, а по изменению добротностей – мнимые.

Решая соответствующую электродинамическую задачу, получаем следующее выражение для тензора магнитной проницаемости:

– для действительных частей компонентов тензора

– для мнимых частей компонентов тензора :

В приведенных выражениях использованы следующие обозначения:

гдеи– собственные частоты резонатора с ферритовым образцом, соответствующие право- и левополяризованному видам колебаний;– собственная частота пустого резонатора;и– добротности резонатора с ферритом на соответствующих видах колебаний;– добротность пустого резонатора.

Для вычисления компонентов тензора магнитной проницаемости необходимо определить значения резонансных частот и добротностей высокочастотного и низкочастотного резонансов измерительного резонатора с намагниченным ферритовым образцом (рис. 1.6).Чтобы уменьшить погрешность определения резонансных частот, используется метод «вилки».

Таким образом, процесс определения тензора сводится к измерению четырех частот, соответствующих склонов характеристик резонансов. Частоты и добротности определяются с помощью соотношений:

Следует отметить, что за счет различных неоднородностей (петли связи, неидеальная форма) в резонаторе возбуждаются колебания эллиптической поляризации. Эти колебания можно рассматривать как суперпозицию двух колебаний, с противоположными направлениями круговой поляризации.В идеальном резонаторе данные колебания вырождены, однако за счет погрешностей изготовления и неоднородностей вырождение снимается. Это обстоятельство увеличивает погрешность измерения. Поэтому в конструкции резонатора используются настроечные винты, расположенные в области максимального электрического поля, служащие для подстройки собственных частот вырожденных колебаний.