тора и от частоты отмечены на рисунках точками наряду со сплошными расчетными линиями. Эти результаты подтверждают выводы теории.

Рассмотрим теперь включение ферритового резонатора как неоднородности в согласованном кру1лом волноводе, когда внеш-

1йп зависимости коэффициента

прохождения и угла поворота пло-скости поляризации при резонансе от частоты СВЧ-сигнала. Параметры си-стемы: иф=6 мм, Хр =4050, ао=220°, /-0=2,5 мм, 2/? = 25 мм.

нее поле подмагничивания приложено в плоскости хоу. Соотношения для коэффициентов связи при этом записываются в виде

COS а, +

\ (Р/о) + IT 1 sin о cos о sin i =F Т (Р/о) os а Г;

(4.54)

sin ад COS ад COS а, -f

/; (Р/о) sin ао - /, (Р/о) cos oj sin 1Т -р^ (Р/о) si о/

(4.55)

Этот случай представляет интерес с точки зрения возможности получения невзаимной связи ферритового резонатора с волноводом как по падающей волне, так и по дополнительно возбуждаемой резонатором волне с перпендикулярной к падающей плоскостью поляризации. Круговая поляризация для падающей волны получается, когда

II 11 II

cos ai - hy sin a = h, (4.56)

круговая поляризация СВЧ магнитного поля волны, плоскость поляризации которой перпендикулярна к падающей, имеет место при

1 i 1

cos а^ - hy sin a = кг. (4.57)

Используя эти соотношения и соотношения (4.44), (4.45) для составляющих электромагнитного поля, нетрудно рассчитать угол наклона поля подмагничивания в плоскости хоу, при котором обеспечивается невзаимная связь ферритового резонатора с волноводом по двум волнам. Из множества различных случаев

ориентации вектора подмагничивающего поля и расположения ферритового резонатора в волноводе представляет практический интерес случай, когда резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля при ао=45° и поле приложено под углом ао = -45°. Радиальная координата Го, в которой

при ai = -45° СВЧ магнитные поля двух волн Ни и Ни имеют

18 л^/л„

Рис. 75. Расчетный график для определения области круговой поляризации СВЧ магнитного поля в круглом волноводе.

круговую поляризацию, определяется из соотношения

/;(Р/о)=1Л(Р/о).

(4.58)

графическая интерпретация которого показана на рис. 75.

В рассматриваемом случае коэффициенты связи ферритового резонатора с волноводом равны

,., 0., = A,0.5 = ?(Ay,;(W. ,4.59)

Характеристики взаимодействия при этом определяются соотношениями (3.72) -(3.75). При сильной связи угол поворота плоскости поляризации приближается к 90° и вносимые потери незначительны.

4 5. НЕЛИНЕЙНЫЙ ФЕРРИТОВЫЙ РЕЗОНАТОР

В ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Ферритовый резонатор переходит в нелинейный режим работы при уровнях мощности, превышающих пороговый, когда из-за параметрического возбуждения спиновых волн параметры резо-

натора становятся зависимыми от амплитуды СВЧ магнитного поля.

Рассмотрим влияние связи резонатора с линией передачи на величину пороговой мощности и на характеристики линии передачи с ферритовым резонатором при запороговых уровнях мощности.

Пороговая мощность ферритового резонатора

Связь ферритового резонатора с линией передачи увеличивает затухание ферромагнитного резонанса, что влечет за собой и увеличение пороговой амплитуды СВЧ магнитного поля [116, 117]. При этом пороговая амплитуда поля ферритового резонатора, связанного с линией передачи, Лцор.в определяется не собственной шириной линии ферромагнитного резонанса, а шириной линии нагруженного резонатора

(4.60)

где Аггор - пороговая амплитуда поля без учета связи; /С -общий коэффициент связи резонатора с линией передачи.

Вычислим пороговую мощность ферритового резонатора, связанного с коаксиальной линией передачи. Используя составляющие электромагнитного поля волны типа ТЕМ

£. = Z,

Я

2ял

и соотношение для мощности, передаваемой этой волной,

Р

запишем амплитуду СВЧ магнитного поля, взаимодействующего с переменной намагниченностью ферритового резонатора

(4.61)

о

где =---волновое сопротивление коасиальной линии;

Z, = 120я.

При = h Р= Р^, и при этом формула (4.61) принимает вид

пop = 22л(-Гл ,(l+Л:) (4.62)

С учетом соотношения для коэффициента связи имеем окончательно

р 2zi]\ 11 + Г-)Г (4.63)

При включении ферритового резонатора как неоднородности в короткозамкнутой коаксиальной линии пороговая мощность определяется выражением

.(4.64)

р О / У fl-)-!V$b/

Пороговый уровень мощности зависит от угловой координаты расположения резонатора и расстояния 2о между резонатором и плоскостью короткого замыкания в случае связи резонатора с короткозамкнутой линией передачи. При этом перемещение резонатора относительно плоскости короткого замыкания оказывает такое же влияние на величину пороговой мощности как и перемещение резонатора по угловой координате. Поэтому исследование зависимости пороговой мощности от координат расположения резонатора можно провести, изменяя, например, лишь положение резонатора относительно плоскости короткого замыкания. Такое исследование показывает (рис. 76), что при слабой связи,

когда Кт-<\ (Km-ко-

эффициент связи при рас-

-3

-ю

положении резонатора в пучности СВЧ магнитного поля), перемещение резонатора к положению -i5 узла магнитного поля (что аналогично переме- -20 щению резонатора по угловой координате к зна--25 чению ао=0) ведет к увеличению порогового урОВ- -JQ ня мощности. В случае сильной связи, когда Кт>\ аналогичное перемещение резонатора приводит сначала к уменьшению, а затем к увели-

Рис. 76. Зависимости порогового уровня мощности от расстояния между ферритовым резонатором и плоскостью короткого замыкания коаксиальной линии передачи при Km в качестве параметра.

нию порогового уровня мощности. При этом минимальное значение пороговой мощности соответствует коэффициенту связи =1. Соотношение для этого минимального значения пороговой мощности имеет вид

(4.65)

0.05

0,10

020 Z,/jg

Рис. 77. Зависимости порогового уровня мощности от расстояния между резонатором и плоскостью короткого замыкания при Оф=2,03 мм, Хр =1250 (кривая /) и при Чф = 6,4 жжз, Хр =1170 (кривая 2). Точками отмечены результаты эксперимента.

0,8 Xg/l

Рис. 78. Зависимости порогового уровня мощности от координаты расположения ферритового резонатора в прямоугольном волноводе.

02 04 06 06

а

Рис. 79. Зависимость порогового уровня мощности от координаты расположения ферритового резонатора в прямоугольном волноводе при Ко=4. Точками отмечены результаты эксперимента.

Минимальное значение пороговой мощности получаемое при перемещении резонатора в линии передачи, независит от параметров этой линии, а определяется лишь параметрами ферритового резонатора при допороговых уровнях мощности и значением порогового СВЧ-поля без учета связи. Это свойство может быть использовано для определения порогового СВЧ магнитного поля ftnop по минимальному значению пороговой мощности.

На рис. 77 иллюстрируется соответствие между расчетными (сплошные линии) и экспериментальными (отмечены точками) значениями пороговой мощности при перемещении резонатора в короткозамкнутой коаксиальной линии. Ширина резонансной кривой спиновых волн, вычисленная по измеренной пороговой амплитуде поля, равна 48 а/ж. При расположении ферритового резонатора в согласованном прямоугольном волноводе (рисунок в табл. 5) соотношение для пороговой мощности имеет вид

Рпор -

cos Р^х„

(4.66)

а при расположении резонатора в месте, где СВЧ магнитное поле имеет только правую круговую поляризацию,

пор.кр -

30na3bV4

где

(4.67)

аЬк

На рис. 78 представлены типичные зависимости пороговой мощности от координаты расположения резонатора в волноводе. На средней частоте волновода при Къ = 2а функция Рпор/Рпор.кр= = W{xo) не зависит от степени связи резонатора с волноводом. Соответствие расчета и эксперимента (рис. 79) свидетельствует о пригодности приведенных соотношений для оценки пороговой мощности ферритовых резонаторов в линии передачи.

Ферритовый резонатор в линии передачи при запороговых уровнях мощности

Для получения расчетных соотношений, описывающих взаимодействие нелинейного ферритового резонатора с линией передачи, сделаем следующие основные допущения:

1. Рассматривается только стационарный режим работы ферритового резонатора, а искомые характеристики взаимодействия определяются с учетом амплитуды магнитной составляющей поля