отверстии боковой стеики оправки н направленной ло найденной лептой оси (рис. V7.06.2). Эта проволока должиа свободно поворачиваться в радиальном отверстии под влиянием вращающих моментов, действующих на ферромагнитный резонатор за счет приложенного постоянного магнитного поля. Таким образом, на данном этапе определяется и фиксируется одна из легких осей и обеспечивается возможность поворота сферы вокруг нее.

Следующий этап заклю-, чается в повороте электро-..V .магнита на некоторый угол,

который зависит от определяемой осн кристалла. Для определения первой легкой оси [110] - диагонали грани куба - требуется (как показано на рис, 2 работы [20] найти и зафиксировать вторую легкую ось, которая ориентирована под углом 70,5° к первой. Этот угол точно фиксируется иэ.мери-тельной головкой угломера. Затем ферромагнитная сфера поворачивается на проволоке, к которой она была прикреплена на предыдущем этапе, так, чтобы теперь вторая легкая ось расположилась вдоль направления постоянного магнитного поля. Конечный этап заключается в прикреплении сферы к диэлектрическому стержню, расположенному вдоль осн [110]. В стенке оправки раз.меще-ио радиальное отверстие, ось которого совпадает с биссектрисой угла между двумя легкими осями. Это отверстие и диэлектрический стержень, узерживаемып в нем в нужном положении, показаны на рис, 17.06.2, Сфера прикреп,яяетсн к диэлектрическому стержню (или к другому держателю) с помощью капельки к-пея, а проволока удаляется.

17.07. Основные принципы расчета полоснопропускающих фильтров с магнитной перестройкой и колебаниями типа ТЕМ на входе и на выходе

На рис. 17.07.1 приведена возможная схема однорезонаториого фильтра с магнитной перестройкой. Б этом фильтре используются две петли связи, расположенные перпендикулярно друг к другу так, чтобы связь между ними была минимальной. Одна петля находится в другой, а сферический ферромагнитный резонатор размещается в центре обеих петель. В такой схеме петли должны - 446 -

Рис, 17.06.2, Приспособление для ориентации осей (Резонаторов с ИЖГ сферой, нри-креплениой к проволоке, направленной адоль одной легкой оси и к кварцевому стержню вдоль осн 1101

иметь несколько вытянутую (яйцеобразную) форму, чтобы оии имели одинаковую связь со сферой и ие касались друг друга. У петли, перпбндикулирной оси у ((/-петли), несколько удлинен размер по оси х, а у петли, перпендикулярной оси х (х-петли),- удлинен размер по оси z. Подмагинчивающее поле Но направлено параллельно плоскостям петель. Когда сигнал на частоте ферро-

Рис.17.07.1. Схема однорезонаториого фильтра с магнитной перестройкой, использ>юшего петлев)ю связь

магнитного резонанса поступает в Х1петлю, в сфере будет резонанс, обусловливающий высокочастотные магнитные моменты в направлениях х и у. Дипольный момент в направлении у создает магнитное поле, воздействующее на {(-петлю, что приведет в результате к передаче сигнала в нагрузку Яу. Котла частота сигнала, поступающего в х-петлю, отличается от частоты ферромагнитного резонанса, то связи между обеими петлями не будет, если не считать небольщой паразитной связи, которой невозможно избежать.

По схеме, приведенной на рис. 17.07.1, было успешно построено некоторое число однорезонаторных фильтров. Однако этот тип структуры имеет недостатки. Один нз ннх заключается в том, что паразитная связь получается больше, чем в некоторых других структурах, второй -в том, что высокочастотные магнитные поля оказываются несколько неоднородными, вследствие чего возбуждаются магнитостатические колебания высшего порядка. Оба указанных недостатка можно устранить, если сделать петли и сферу настолько малыми, насколько это практически осуществимо.

На рис. 17.07.2 показан полосковый одиорезонаторный фильтр с магнитной перестройкой. В этой структуре разделяющая стенка разграничивает две полосковые ли-нии, уменьшая таким образом связь между ними. Заметим, что линии находятся под прямым углом друг iK другу, что должно еще более снизить паразитную связь. Сфера раз!мещается в отверстии разделяющей стенки, и при резонансе магнитный момент с круговой поляризацией, возбуждаемый в сфере, приведет к связи между полосковыми линиями. Для - 447

рассматриваемой структуры высокочастотное поле в сфере будет все еще неоднородным, так как половина ее находится по одну сторону разделяющей стенкн, а вторая половина -но другую сторону. Поэтому, чтобы ограничить до предела возможности возбуж-

Рис. 17,07.2, Структура полоскового однорезонаториого фильтра с магпитиой перестройкой

Рис, 17.07.3. Структура дчухрезоиатор-иого фильтра с магнитной перестройкой, связь в которой есуществляетси через верхнюю и нижнюю стеики волноводов

Дення колебаний высшего порядка, сфера должна быть очень малой (ее диаметр должен быть порядка 1/50Ч-1/100 длины волны). Коцебу (Kotzebue) [25] сконструировал коаксиальные фильтры, которые очень схожи с полосковым фильтром, показанным на рис. 17.07.2.

На рис. 17.07.3 приведен один -из типов двухрезонаторной полосковой структуры, с помощью которой Картер получил очень хорошие результаты [4]. Здесь каждая сфера монтируется вблизи короткозамкнутого конца входной или выходной полосковой структуры; таким образом, высокая напряженность переменного магнитного поля в области коротких замыканий обусловливает относительно хорошую связь между полосковыми линиями и сферами. Связь между сферами осуществляется через длинную щель, продольный размер которой параллелен оси полосковых линий. Такая ориентация щели вызывает минимальные нарушения распределения токов и полей полосковых линий и в то же время обеспечивает максимальную изоляцию между полосковыми линиями. Поэтому, когда сферы не находятся в резонансе, связь между полосковымн линиями крайне мала. Однако, когда сферы начинают резонировать, образующийся в них высокочастотный дипольный мо-

мент с круговой поляризацией вызывает появление составляющей напряженности высокочастотного магнитного поля, за счет которой сферы будут хорошо связаны через удлиненную щель.

Достоинство этой структуры в том, что в яей создаются относительно однородные магнитные поля, препятствующие возбуждению магнитостатических колебаиш высшего порядка, а также в том, что в ней нетрудно получить высокую изоляцию в отсутствие резонанса. По сравнению со структурами, приведенными на рис. 17.07.4, к рассмотрению которых мы сейчас перейдем, недостатки описанной выше структуры, показанной на рис. 17.07.3, заключаются в том, что для нее требуется большой воздуш-иый зазор между полюсами электромагнита и в том, что она неудобна при проектировании фильтров с числом резонаторов больше двух.

Газдептщач етепна

Вид сбйку

Етершет ina частроияи.

Ы сбоку

Рис. 17.07.4. Структуры двухрезонаторного (а) и трехрезонаториого (6) фильтров с магнитной перестройной, связь в которых осуществляется через боковые стеики

На рнс. 17.07.4 представлены две конфигурации фильтров со связью через боковые стенки, которые подобны предыдущей конфигурации, если не считать того, что сферы связаны через боковую, а не через верхнюю н нижнюю стенки. Достоинство этой структуры состоит в том, что входная и выходная полосковые лииии могут лежать в одной плоскости, и в результате возможно уменьшить до предела воздушный зазор электромагнита. Другим ее преимуществом является то, что она допускает добавление дополнительных сфер, ак показано на рис. 17.07.46. При этом получается фильтр с числом резонаторов больше двух, и в то же время для каждого резонатора будут обеспечиваться .почти одинаковые граничные условия (обусловливаемые металлическими стенками).

Как следует из § 17.05, необходимо, чтобы резонаторы находились при одинаковых граничных условиях и имели одну и ту же ориентацию кристаллических осей относительно вектора поля Но, если все они должны иметь одни и те же резонансные частоты'для любой заданной величины Но для данной температуры. Хотя для всех сфер структуры на рис. 17.07.46 создаютси относительно одинаковые граничные условия, все же желательно иметь какое-либо средство для регулировки, чтобы откорректировать некоторые небольшие погрешности в настройке сфер. В структуре на рнс. 17.07.46 предусмотрена возможность вращения сфер вокруг оси [ПО] (как это описано в § 17.05). Недостаток структуры на рис. 17.07.4а (по сравнению со структурой иа рис. 17.07.3) заключается в том, что, когда в ней возникает необходимость разместить сферы ближе к внутренним краям полосковых проводников, чтобы получить достаточную связь между сферами, они попадут в область менее однородного высокочастотного магнитного поля. В этом случае сферы будут более восприимчивы к возникновению колебаний высшего порядка.

Все фильтры, показанные на рнс. 17.07.1-17.07.4, являются взаимными, есля не учитывать гираторных эффектов, которые имеют место в цепях, приведенных на рис.17.07.1 и 17.07.2) [3,6]. Дли целей анализа можно допустить, что цепи на рис. 17.07.1- 17.07.4 работают подобно фильтру с индуктивно связанными резонаторами (рис. 17.07.5). При замене связанных нндуктнвностей их Т-образными эквивалентами цепь, показанная на рис. 17.07,5,

I

Рис, 17.07.5. Эквивмеитиая схема фи.11ьтра с п ферромагнитными резонаторами

принимает вид, как на рис. 17.02.3 (прн этом не учитывается небольшая величина остаточных собственных индуктивностей, после-

) Гираторные эффекты приводят к фазовому сдвигу 180° в одном направлении передачи относительно другого направления. Онн являются результатом того, ГГО в указанных цепях в.\одиая и выходная лннии связываются с ортогональными составляющими магнитного момента с круговой поляризацией внутри сферы.

довательно соединенных с нагрузками и Rb). Благодаря свойствам ферромагнитных резонаторов ширина полосы при перестройке фильтра получается почти постоянной без помощи каких-либо специальных мер (например, таких, которые понадобились при конструировании фильтров, рассмотренных в §§ 17.03 и 17.04). Однако форма характеристики все же будет несколько изменяться.

Как и для большинства типов узкополосных полоснопропускающих фильтров, нужная форма характеристики и ширина полосы могут быть получены, если исходить нз прототипа нижних частот и заданной относительной ширины полосы ш, с последующим вычислением требуемых внешних добротностей и коэффициентов связи по ф-лам (17.02.1)-(17.02.3). Можно использовать протабулироваиные в § 4.05 прототипы нижних частот с максимально плоской или чебышевской характеристиками, но для нашего случая особый интерес должны представлять равноэлемеитные прототипы, рассмотренные в § 11.07. Степень избирательности фнльтра находится с помощью преобразования, определяемого выражениями (17.02.20) -(17.02.22), н графиков, приведенных в §4.03, либо с использованием данных, помещенных в § 11.07. Ожидаемые потери в середине полосы пропускания можно .найти, применяя методы, изложенные в § 11.06 или 11.07.

Когда в результате расчета фильтра станут известны необходимое чнсло резонаторов, а также требуемые величины внешних добротностей оконечных резонаторов и коэффициентов связи между резонаторами, проектировщик может сосредоточить свое внимание на физических параметрах цепи, необходимых для реализации требуемых связей. Рассмотрим теперь расчет структуры после того, как определены необходимые величины внешних добротностей и коэффициентов связи.

Расчет для заданных внешних добротностей. Картер [3] вывел приближенные формулы для внешней добротности ферромагнитных резонаторов в различных структурах связи. Для петли радиусом г, содержащей в центре сферу объемом V м', внешняя добротность равна

Qe =

l oV b) ,

1-Ь

(17.07.1)

Здесь - присоединенное к петле сопротивление нагрузки; ij - собственная индуктивность петли, гн; цо= 1,256-10- гн/л1 -магнитная проницаемость воздуха и

< = У1Ч)Л1а.

(17.07.2)

1де Y= 1.759- 10 (в единицах MKS)-гиромагнитное отношение. Величина цоМ„ вб/ж', может быть получена нз величины 4лМ гс с помощью соотношения (17.05.3а). Для ИЖГ значение Шт примерно равно 3,08-10 .