Устройства с поперечно-подмагниченными ферритами.

В прямоугольном волноводе с волной Ню имеются две плоскости, параллельные узким стенкам волновода, в которых магнитное поле распространяющейся бегущей волны имеет круговую поляризацию. Действительно, составляющие магнитного поля волны Ню записываются в виде:

Hx =

^а

где b = 2p/l_в - коэффициент фазы. Равенство амплитуд составляющих Н_х и H_z круговое вращение вектора Н суммарного магнитного поля, вокруг направлений, параллельных оси у, получаются в продольных плоскостях при х = х₀ и, х = а-х₀, где х₀ =(a/p)arctl_B/(2a). На рис. 3, а плоскости круговой поляризации вектора Н отмечены пунктирными линиями. Направления вращения вектора Н зависят от направления распространения волны в волноводе и противоположны на участках, лежащих по разные стороны от средней линии волновода.

Рис. 3. К объяснению эффекта вращения маг­нитного поля в прямоугольном волноводе: а - распределение компонентов Н_х и Н,', б-уста­новка ферритовой пластины и область вращающего-гося вектора Н

Если в прямоугольном волноводе на участке с вращающимся полем Н поместить продольную ферритовую пластину и создать поперечное поле подмагничивания Н₀ (рис. 3, б), то феррит будет оказывать на волны в волноводе такое же влияние, какое оказывает образец изотропного магнитодиэлектрика, магнитная проницаемость которого различна для волн, распространяющихся в

противоположных направлениях (см. графики для m ₊ и m_-на рис. 1, б).

В вентиле с резонансным поглощением на прямоугольном волноводе (рис. 4, а) используется поперечно-намагниченная ферритовая вставка 1, расположенная в области волновода с вращающимся вектором Н. Поперечное поле подмагничивания создают постоянным магнитом 2, причем напряженность поля подбирают равной напряженности поля гиромагнитного резонанса для правополяризованной волны. При прохождении через вентиль падающей волны по волноводу на феррит действует вектор Н с левым вращением относительно поля подмагничивания и волна распространяется с небольшим затуханием. При прохождении отраженной волны на феррит действует правовращающийся вектор Н и волна интенсивно затухает из-за больших потер в феррите при гиромагнитном резонансе. Существует два варианта расположения ферритовых пластин в резонансных вентилях. При размещении в плоскости Е (рис. 4, б) требуется менее сильное магнитное поле, чем при размещении в плоскости Н (рис. 4, в), которое применяют в вентилях повышенной мощности, так как здесь обеспечивается лучший теплоотвод и снижается опасность электрического пробоя.

Рис. 4. Вентиль с резонансным поглощателем на прямоугольном волноводе

Поле подмагничивания, обеспечивающее гиромагнитный резонанс, и требуемое положение ферритовой пластины зависят от частоты, что ограничивает рабочую полосу частот вентиля. Расширить полосу частот резонансного вентиля удается, используя диэлектрическую пластину 3, скрепленную с образцом феррита. Диэлектрик способствует сохранению в полосе частот условий вращения вектора Н в зоне расположения феррита.

В полосковой конструкции резонансного вентиля (рис. 5) вращающееся магнитное поле в области ферритового образца создается с помощью двух поперечных шлейфов длиной l_в/8 и Зl_в/8. В проводниках этих шлейфов проходит ток, равный току в основном тракте и сдвинутый по фазе по отношению к нему на 90°. В результате прохождения токов через плечи крестообразного разветвления образуется вращающееся магнитное поле с левым вращением относительно поля подмагничивания для падающей волны и правым вращением для отраженной волны, которая поглощается в ферритовых дисках при гиромагнитном резонансе. Суммарный ток, ответвляющийся в шлейфы, равен нулю, и шлейфы не нарушают согласования вентиля.Общим недостатком вентилей с резонансным поглощением является большая масса постоянного магнита, который должен создавать магнитное поле напряженностью в сотни тысяч ампер на метр для 3-см диапазона волн.

Рис. 5. Резонансный вентиль на полосковой линии передачи с короткозамкнутыми шлейфами

Рис. 6. Вентиль со смещением поля на прямоугольном волноводе

В вентиле со смещением поля на прямоугольном волноводе (рис. 6) ферритовую пластину 1 размещают в области волновода с вращающимся магнитным полем и напряженность поперечного поля подмагничивания выбирают такой, чтобы магнитная проницаемость для падающей правовращающейся волны была отрицательной (см. точку b на рис. 1, б). В этом случае коэффициент распространения в феррите оказывается мнимым и поле вытесняется из феррита.

При распространении отраженной волны с левой круговой поляризацией m_ > 0 и вследствие повышенных значений диэлектрической проницаемости феррита поле отраженной СВЧ волны концентрируется у его поверхности. Распределения поля Е для падающей и отраженной волн в поперечном сечении волновода с ферритом показаны на рис. 6 На поверхность ферритовой пластины 7 наносят поглощающую металлическую пленку 2, поэтому отраженная волна, концентрирующаяся у поверхности феррита, испытывает значительное поглощение. На падающую волну поглощающая пленка практически не влияет. Вентили со смещением поля по сравнению с резонансными имеют существенно облегченную магнитную систему, более широкополосны, однако могут работать при сравнительно небольших уровнях мощностей.

ВЫВОДЫ

Наиболее широкое применение ферриты и их изделия начиная с момента их изобретения, нашли в радиоэлектронике и вычислительной технике среди других магнитомягких материалов. Более того, в большинстве случаев ферритовые изделия в большинстве случаев могут эффективно заменить изделия из других материалов, они обладают рядом уникальных физико-химических, магнитных и электрических свойств, не присущих ни одному другому материалу.

Благодаря возможности миниатюризации запоминающих устройств и устройств переключения, применение ферритовых изделий в вычислительной технике позволило значительно ускорить процесс вычислений. Хотя в области производства интегральных схем высокой степени миниатюризации был достигнут значительный прогресс, и возникло связанное с этим некоторое падение интереса к ферритовым сердечникам как к устройствам памяти. Но изделия подобного рода все еще находят довольно широкое применение в устройствах управления различными процессами и контроля выпускаемых изделий в промышленности.

Но и также значительно улучшился контроль качества при производстве ферритов, благодаря прогрессу в области производства интегральных схем и производстве автоматов на их основе, что в свою очередь позволило выпускать ферритовые изделия с более точными характеристиками.

На данный момент применение ферритовых сердечников в радиоэлектронной аппаратуре в качестве сердечников катушек и основ для магнитных головок воспроизводящей и записывающей аппаратуры является широко распространенным. По своим характеристикам ферритовые сердечники не имеют аналогов. Сфера их применения находится в очень широком диапазоне приборов: от высокоточных промышленных аппаратов до любительской техники.

Дата добавления: 2015-08-13