2. Распространение волн круговой поляризации

в намагниченной среде

Предположим, что в намагниченном постоянным магнитным полем феррите распространяется волна, у которой вектор напряженности маг­нитного поля поляризован по кругу в плоскости, перпендикулярной к вектору , т.е. в плоскости . Обозначим через вектор, враща­ющийся по часовой стрелке, если смотреть вдоль направления постоян­ного магнитного поля

(22)

Такую волну принято называть волной с правым направлением вращения.

Вектор с противоположным направлением вращения обозначим через

(23)

Такая волна называется волной с левым направлением вращения. Поста­вим задачу определить составляющие вектора магнитной индукции , возникающие в рассматриваемой среде под действием магнитной напря­женности волн с правым (+) и левым (-) вращениями. Нетрудно пока­зать, что, исходя из (20) и (21) для волн с правым вращением, сос­тавляющие вектора магнитной индукции можно представить в виде

(24)

а сам вектор соответственно

. (25)

Следовательно, вектор параллелен , т.е. он также поляризован по кругу и вращается в ту же сторону, что и вектор . Другими сло­вами, по отношению к правополяризованному магнитному вектору намаг­ниченный феррит ведет себя подобно обычной изотропной среде. Ес­тественно рассматривать коэффициент пропорциональности между векто­рами и как магнитную проницаемость феррита для волны с правой круговой поляризацией. С учетом (18), (19)

. (26)

Если рассмотреть теперь аналогичную волну с левым вращением, то, соответственно, получим

, (27)

где  (28)

магнитная проницаемость для волн с левой поляризацией.

Если учесть потери в среде, то коэффициенты и получаются комплексными и их можно представить соответственно в виде

(29)

1

0

Рис. 2

На рис. 2 приведены зависимости и от значений при постоянной частоте высокочастотного поля. Из рисунка видно, что для волн правого вращения в окрест­ности резко воз­растают значения , что ука­зывает на существенное увеличе­ние потерь энергии этих волн в феррите. Вектор распростра­няющейся в феррите волны имеет то же направление вращения, что и направление прецессии вектора намагниченности . При значении частота свободной пре­цессии совпадает с часто­той вращения вектора , и поле непрерывно стремится увеличить отклонение прецессирующего вектора . Амплитуда прецессии растет, на поддержа­ние ее требуется энергия, она и отбирается у волны . Волна круго­вой поляризации при этом служит как бы источником, компенсирующим потери и поддерживающим свободную прецессию. При этом происходит поглощение энергии электромагнитной волны. При амплитуда наибольшая, и волна с поляризацией испытывает максимальное пог­лощение. Явление резкого увеличения поглощения энергии волны правой круговой поляризации при носит название ферромагнитного резонанса, а частоту , на которой это поглощение наблюдается, на­зывают частотой ферромагнитного резонанса.

Совершенно по-иному вза­имодействует феррит с волной левой круговой поляризации . У этой волны вектор тоже поляризован по кругу, но вращается в сторону, противоположную направлению свободной прецессии. Поэтому независимо от частоты электромагнитной волны и напряженности внешнего поля амплитуда прецессии мала, и соответственно на всех частотах мало поглощение этой волны ферритом. Для волн с левым направлением вра­щения намагниченный феррит практически представляет среду с малыми потерями и слабой зависимостью магнитной проницаемости от значе­ний .

Различные значения магнитной проницаемости для волн с противо­положным направлением вращения позволяют создавать устройства СВЧ, обладающие весьма ценными свойствами. На рис. 2 выделены три харак­терные области, наиболее часто используемые в невзаимных устройст­вах СВЧ. Области А соответствуют значения

, , , (30)

при которых волны с противоположным направлением вращения распространяются практически без потерь, но с различными значениями продольных волновых чисел и , что приводит к повороту плоскос­ти поляризации. Этот эффект известен как эффект Фарадея.

Области В соответствуют значения

, , . (31)

Отрицательные значения магнитной проницаемости и близкие к нулю потери приводят к тому, что продольное число для волн с положи­тельным направлением вращения становится мнимым. Следовательно, та­кие волны не могут распространяться в феррите. Если значение ле­жит в области В, то происходит вытеснение из ферритовой среды волн с положительным направлением вращения. Этот эффект называют эффек­том смещения поля.

Области С, в которой  , соответствует ферромагнитный ре­зонанс.