Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Фильтры СВЧ 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [ 72 ] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

если его частота не равна или не близка к частоте ферромагнитного резонанса, которая приближенно была определена с помощью выражения (17.05.1). Когда же частота высокочастотного поля с круговой поляризацией близка к частоте ферромагнитного резонанса нлн равна ей, то высокочастотные магнитные поля с круговой поляризацией будут создаваться около сферы почти таким же образом, как в индуктивности настроенного контура LC, возбуждаемого иа его резонансной частоте.

Если возбуждается поле с круговой поляризацией противоположного направлеиня, как показано с помощью вращающегося вектора на рис. 17.05.1 в, то сфера не будет реагировать, даже, когда частота сигнала равна частоте ферромагнитного резонанса. Отсюда следует, что данное резонансное явление невзаимно.

Еслн переменное поле с линейной поляризацией прикладывается в направлении, перпендикулярном подмагиичивающему полю Но, то сфера будет создавать переменное магнитное поле с круговой поляризацией при условии, что частота приложенного поля с лииейиой поляризацией равиа или очень близка к частоте ферромагнитного резонанса. Причина этого заключается в том, что любое поле с лииейиой поляризацией может рассматриваться как сумма двух полей с круговой поляризацией с равными, но вращающимися в противоположных направлениях векторами напряженности поля. Таким образом, одна из компонент линейного поля, обладающая круговой поляризацией, будет возбуждать сферу. По этим причинам в зависимости от способа применения ферромагнитных резонаторов характеристики передачи фильтра могут быть либо взаимными, либо иевзанмиыми.

Параметры ферромагнитных материалов резонаторов. Различные типы материалов, которые могут быть использованы для нзго-, товлення ферромагнитных резонаторов, характеризуются следующими параметрами: 1) намагниченностью насыщения М^; 2) шириной кривой поглощения АН или иеиагружеиной добротностью Q ; 3) постоянной анизотропии поля KilM,; 4) температурой Кюри 7 с.

Намагниченность насыщения Ма является функцией числа электронных спинов в материале иа единицу объема. Чем больше величина Mg, тем легче осуществить связь полосковой или волноводной структуры с ферромагнитным резонатором.

Ширина кривой поглощения АН определяется различными способами, но, по существу, оиа представляет собой ширину резонансной кривой (в эрстедах) при условии, что частота сигиала поддерживается постоянной, а изменяется подмагинчивающее поле (постоянное магнитное поле смещения). Применительно к фильтрам ширина кривой поглощения АН обычно определяется как разность между двумя значениями подмагиичивающего поля (по каждую сторону от резонанса), для которых мнимая часть собственной магнитной восприимчивости материала равна вещественной части. При этом частота сигнала должна поддерживаться постоянной. - 434 -

2.8 ДН

Рассматривая то Же самое резонансное ивлеине с другой точки зрения -прн постоянном подмагничнвающем поле и при изменении частоты, - получим ненагруженную добротность Q резонатора. Еслн величина АН определиется, как указано выше, то для сферического резонатора имеем

(17.05.2)

где/о - резонансная частота в герцах, а Д/У -ширина кривой поглощения в эрстедах.

Ненагруженная добротность ИЖГ будет увеличиваться при изменении частоты примерно до 5 или 10 Ггц. С дальнейшим увеличением частоты ненагруженная добротность почти не изменяется [9]. Однако, как оказалось, подходящие величины добротностей можно получить для частот вплоть до 60 Г гц [10].

Ширина кривой поглощения (нли ненагруженная добротность) ферромагнитного резонатора, которую получают иа основе измерений, будет зависеть как от самого материала, так и от формы образца и обработки его поверхности. Чтобы ширина кривой поглощения была небольшой (или ненагруженная добротность была высокой), поле внутри образца должно быть однородным. Предположим, что под-магничивающее поле Но было однородным до введения в него ферромагнитного образца. Тогда для того, чтобы н магнитное поле внутри образца (после того, как его поместнлн в подмагинчивающее поле) было однородным, образец (резонатор) должен иметь сферическую или эллипсоидальную форму [7, 8, 29]. Далее для получения наименьшей возможной ширины кривой поглощения (и наибольшей ненагруженной добротности) необходимо, чтобы поверхность резонатора была весьма тщательно отшлифована.

Однако, даже и в том случае, когда ферромагнитный резонатор имеет сферическую или эллипсоидальную форму и тщательно отшлифованную поверхность, ширина его кривой поглощения может все же ухудшаться из-за наличия металлических стенок вблизи резонатора. Для большинства фильтровых структур такое ухудшение неизбежно.

Постоянная анизотропии поля первого порядка /С./.М, является важным параметром вследствие решетчатой структуры монокристаллического материала. Решетчатая структура служит причиной того, что вдоль некоторых осей кристалла материал намагничивается легче, чем вдоль других осей. Поэтому частота ферромагнитного резонанса будет в некоторой степени зависеть от ориентации осей кристалла относительно подмагничнвающего поля Но. Как будет показано ниже, величина KijM, .используется для определения резонансной частоты при различных ориеитациях осей кристалла относительно подмагинчнвающего поля. Существует также постоянная второго порядка, но она настолько мала, что для рассматриваемых структур ею можно пренебречь, IS- - 435 -



Температура Кюри Гс -это температура, прн которой намагниченность насыщения падает до нуля ). Работа резонатора прн температурах, близких к ней ил.и выше ее, невозможна.

ТАБЛИЦА 17.05.1

ПАРАМЕТРЫ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИМОВ Для ФИЛЬТРОВ С МАГНИТНОЙ перестройкой при комнатной ТЕМПЕРАТУРЕ (СМ. РАБОТУ Н).

Материал

4 л гс

г,.-с

Иттриево-железистый гранат) (ИЖГ)

1750

0,22 (иа частоте 4 Га,))

Иттриево- железистый гранат с частичным замещением иттрия галлием^) (Са ИЖГ)

50-1750 600 950±50

-55.8 -41,7

0,7-2.0 (иа частоте 4 ГЯ1)

160 206

Литиевый феррит

3550±40)

3*) (на частоте 5 Ггц

Птанарный феррит гл,У (BaisZHjFejs О^)

2850 )

4950 )

16 (Х-диапа-зов) )

объемных резонаторах. Шнрнна кривой поглощения 18 к образцу н будет больше прн ее измереннн в зам-

.нчккоИ лабораторией свч (Microwave Chimilcal Uto-Ч о?°сЙше;У\артеру (P. S. Carter) or Ннльсон. (I. W. Nielsen). Alrlron Division

гнутой фильтровой структуре.

*1 Эти материалы представлены ralory. New York. N. V.)

of utton Industries, Morris Plains. New Jersey. *) Согласно работе ) Согласно работе

В табл. 17.05.1 представлены значения описанных выше параметров для различных материалов. Отметим, что намагниченность насыщения приведена в гауссовой системе единиц и читается как 4лЛ1.. гс. Эта единица измерения наиболее часто используетси для намагниченности насыщения. Переход к единицам системы MKS осуществляется с помощью преобразования

р„ М„ вб/м' = (4 п Ма, гс) 10 . (17.05.3а)

нлн

М,. ав/м = 79,5 (4 .г M гс). (17.05.36)

Напомним также, что

Я„, ae/J(=79,5(/7o,a). (17.05.4)

Отметим, что приведенная в табл. 17.05.1 ширина кривой поглощения ДЯ, равная 0,22 э (что относится к весьма высококаче-

1) Для ферромагнитных материалов температура Т, известна также под иа-званием температуры Незла (Neel) (29).

- 436 -

ственному ИЖГ резонатору), соответствует ненагруженной добротности, равной 6500 на частоте 4 Ггц. Эта ширина кривой поглощения была измерена в волноводе со сферическим резонатором, расположенным на некотором расстоянии от металлических стенок. Б обычных фильтрах ИЖГ резонаторы размещаются ближе к металлическим стенкам, и тогда возмущающее действие токов в стенках может уменьшить ненагружеиную добротность до 2000 или меньше. Величина Д для данного типа материала обычно значительно меняется от образца к образцу в зависимости от того, до какой степени совершенна кристаллическая структура.

Однако величины Ms, Ai/Mj и 7 е, являющиеся физическими постоянными для данного типа материала, должны только незначительно изменяться от образца к образцу. Практически, как это будет видно из дальнейшего рассмотрения, параметры Ms и Ki/M, иэменяются при колебаниях температуры.

Определение резонансной частоты. Следующие три фактора могут привести к тому, что резонансная частота ферромагнитного резонатора будет отличаться от частоты, определяемой выражением (17.05.1):

1) форма резонатора;

2) кристаллическая анизотропия;

3) взаимодействие с токами в металлических стенках, близких к ферромагнитному резонатору.

Форма резонатора может оказывать воздействие на резонансную частоту по той причине, что она влияет на величину напряженности размагничивающего поля внутри резонатора [7, 8, 29]. Предположим, что вектор подмагничивающего поля Но направлен по оси г, а X и у - прямоугольные координаты, перпендикулярные ему. Тогда для любого резонатора эллипсоидальной (]Ормы резонансная частота определяется следующим выражением (если пренебречь влиянием анизотропии):

(f )[.4 , -2,81/IH -(N,~N (4ТЕ MJIlHo-(N,~N,)(4т.MJ),

(17.05.5)

где .V., .Vj, и /Vj - размагничивающие факторы [7, 8] в направле-НИЯ.Х X, 1/ и 2; Яо измеряется в эрстедах, а 4лМа - в гауссах, Для сферы

N, = Ny =JV,=J- , (17.05.6)

и выражение (17.05.5) принимает внд

(foWj =2.8Я„, Мгц. (17.05.7)

что совпадает с выражением (17.05.1).

Допустимо рассматривать длинный тонкий стержень и очень тонкий диск как предельные случаи эллипсоидов. Для бесконечно тонкого стержня, параллельного вектору Но, имеем - 437 -



JV. = JV, =-!-; ЛГ, = 0.

(17.05.8)

Для бесконечно тонкого диска, лежащего в плоскости у, z (напомним, ЧТО поле Но направлено по оси z), имее,м

N,= 1; N,=N,=0. (17.05.9)

Если диск лежит в плоскости х, у, то

JV,=JVj,-0; N, = 1. (17.05.10)

Таким образом, видно, что форма резонатора может оказывать значительное влияние -на резонансную частоту. Из всех эллипсоидальных форм, которые могут быть использованы, сфера является наиболее практичной, так как ее легче всего изготовить с необходимой точностью.

Материалы с кристаллической структурой в форме куба [131, такие как ИЖГ и СаИЖГ, имеют три типа главных кристаллических осей, а именно: оси [100], [ПО] й [111]. Хотя насчитываются всего Лишь три типа главных осей, в каждом монокристалле будут три оси [100], шесть осей [110] и четыре оси [111]. Для данного подмагиичивающего поля Но резонансная частота ферромагнитного резонатора зависит от направления этих осей относительно направления приложенного поля. Граничные значения резонансной частоты будут иметь место в случае, когда л.ибо ось [111], либо ось [100] параллельна вектору Но; промежуточный эффект наблюдается, когда вектору Но параллельна ось [НО]. Для сферы из материала с кубической кристаллической структурой, ось [111] которой параллельна вектору Но, выражение (17.05.7) приобретает вид

(о)[ г„ =2,8(W --), Мгц. (17.05.11)

а если вектору Но параллельна ось [100], то

(fo)[M ,]=2,8(Wo+2), Мгц,

(17.05.12)

где Яо и KJM, измеряются в эрстедах. Для ИЖГ или СаИЖГ величина KJMs будет отрицательной, и из выражения (17.05.11) резонансная частота получается при более низкой напряженности поля, чем это следует нз выражения (17.05.12). Поэтому для таких материалов, как ИЖГ и СаИЖГ, которые имеют отрицательное значение KilMg, оси (111] называются осями легкого намагничивания или легкими осями, а оси [100] - осями трудного намагничивания .или трудными осями. Если KilMs-положительная величина, то роли этих осей меняются. Для ИЖГ разница в резонансных частотах, определяемых выражениями (17.05.11) н (17.05.12), составляет примерно 401 Мгц, что является, конечно, значительной величиной.

На рис. 17.05.2 показаиы зависимости резонансной частоты от ппп? и fSi °7, , . одмчгничнвающего поля для случая, когда осн 1100], [110] и [111] параллельны этому полю.

Если сфера из ферромагнитного материала с кубической кристаллической структурой поворачивается вокруг кристаллической

ti,riur---


Рис. 17.0.i.2. Зависимости резонансной частоты ИЖГ сферы от напряженности подмагяичивающего поля, совпадающего по налрав,чению с одной .из главных кристаллических осей.

л^т,. , 2-noi.e параллельно осн [ПО],

i ~ поле параллельно осн Ни), выражения для резонансных частот;

[100]=2,810(Яо-86); /[ , -2,8.10. [(ff -43)(H. + 86)] =. /[,П] = 2,8.10 (Я.-Ь57.2).

оси (ПО], перпендикулярной вектору Но, то величина напряженности подмагничивающего поля Яо, необходимая для получения резонанса иа частоте (/о)[ и], равна

.=%-(2--sin=e-sin e). (17.05.13)

где О -угол между вектором Н„ и той осью [ШО], которая может стать параллельной ему при вращении сферы вокруг данной оси - 439 -



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [ 72 ] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95