Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ

Лекция



Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про основные элементы, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое основные элементы, узлы линий передачи основные свойства ферритов на свч , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.

Распространение электромагнитных волн в гиротропных средах и свойства ферритов в диапазоне СВЧ обычно подробно изучаются в курсах теории электромагнитного поля. В этом параграфе для напоминания приводятся основные сведения из указанной области, необходимые при изучении узлов линий передачи, включающих различные ферритовые элементы.

 

1. Ферриты представляют собой химические соединения, получаемые из магнетита (закись-окись железа FeO * Fe2О3) путем замещения двухвалентного железа в нем некоторыми другими металлами. Изготовляются ферриты из порошкообразных смесей магнетита и окислов соответствующих металлов.

Феррит является полупроводником с низкой проводимостью. Диэлектрическая проницаемость ферритов e r на СВЧ колеблется в пределах 5- 15, а магнитная при отсутствии подмагничивания близка к единице. В отсутствие внешнего постоянного магнитного поля ферриты при всех частотах воздействующего на них электромагнитного поля являются изотропными материалами с взаимными свойствами.

2. Ферриты в постоянном магнитном поле за счет прецессии электронов под воздействием электромагнитного поля СВЧ изменяют свои параметры при изменении направления вращения волн круговой поляризации и при изменении направления распространения электромагнитных волн по отношению к направлению приложенного постоянного магнитного поля. Благодаря этим свойствам фидерные элементы и узлы с ферритами изменяют свои характеристики при изменении направления распространения волны, т. е. не подчиняются принципу взаимности. Невзаимные эффекты наблюдаются в феррите как при продольном подмагничивающем поле (направление поля совпадает с направлением распространения электромагнитных волн), так и при поперечном подмагничивающем поле.

3. Эффект Фарадея заключается в повороте плоскости поляризации электромагнитных волн при их распространении в феррите вдоль силовых линий постоянного магнитного поля.

Пусть электромагнитное поле имеет в некоторой точке A (рис. 18.2,а) вертикальную поляризацию и распространяется (вектор П) вдоль силовых линий постоянного магнитного поля. После прохождения пути длиной l это же поле в точке Б будет иметь электрический вектор, повернутый на угол Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ по часовой стрелке. Если, не изменяя магнитного поля Нo, направить электромагнитные волны от точки Б к точке А (рис. 18,2,б), то электрический вектор повернется на тот же угол Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ , но по ходу волны против часовой стрелки. Нетрудно видеть, что в пространстве электрический вектор поворачивается в одну и ту же сторону. В этом и заключается одно из проявлений необратимости.

Эффект Фарадея объясняется тем, что в гиротропных средах эффективные магнитные проницаемости для волн круговой поляризации имеют различные значения при правом вращении (m г+) и левом вращении (m г-) и по-разному зависят от приложенного магнитного поля. Это поясняется рис. 18.2,в, на котором приведены графики значений m rдля сравнительно слабых постоянных магнитных полей, которые и используются в устройствах, основанных на эффекте Фарадея. 

 

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ

Рис 18.2. К пояснению эффекта Фарадея.

 

 

Поворот плоскости поляризации линейно-поляризованного поля можно объяснить на основе представления поля линейной поляризации Е как суммы двух полей круговой поляризации правого Е+ и левого вращения Е- (рис. 18.2,г).

Скорости распространения и длины волн полей разного направления вращения будут разными.

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ ;

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ . (18.6)

Рассмотрим теперь картину сложения полей в один и тот же момент времени в точках А и Б.

 

Предположим, что направление распространения совпадает с вектором Но (Но>0 на рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 18,2,в). Векторы Е+ и Е- в точке Б (рис. 18,2,д) будут отставать по фазе от соответствующих векторов в точке А (рис. ,18.2,г) за счет разности хода на угол

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ .

Так как при Но>0 m r+<m r- , то вектор Е+ отстанет на меньший угол, чем вектор Е- . При этом результирующий вектор повернется вправо по ходу волны на угол Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ=0,5(j - - j +).

Пусть теперь картина рис. 18.2,г соответствует точке Б и волна распространяется навстречу полю Но, что соответствует отрицательным значениям Но на рис. 18.2,в. Так как при этом m r+>m r-, то в точке А (рис. 18.2,е) вектор Е+ отстанет на больший угол, чем вектор Е- и результирующий вектор повернется влево на угол Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ =0,5(j+-j - ). Нужно иметь в виду, что на рис. 18.2,е волна идет на читателя, поэтому вращение векторов на чертеже по часовой стрелке соответствует левому вращению. При слабых магнитных полях угол D пропорционален Но и l . С увеличением Но наступает эффект насыщения, и угол D зависит в основном от длины пройденного волной пути.

4. Ферромагнитный резонанс возникает в ферритах как с продольными, так и с поперечными подмагничивающими полями. При продольном подмагничивании резонанс наблюдается в том случае, когда частота волн круговой поляризации правого вращения приближается к частоте прецессии электронов (к частоте гиромагнитного резонанса) f0=2,84Н0.

Поперечное подмагничивание дает большую резонансную частоту f^ , чем продольное (при одинаковых Но). На заданной рабочей частоте поперечный резонанс возникает при меньших напряженностях поля Соотношения между резонансными частотами и соответствующими значениями подмагничивающего постоянного поля имеют вид

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ ; Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ , (18.7)

где М0 - намагниченность феррита; f выражена в мегагерцах, а Н0 - в эрстедах.

Относительная магнитная проницаемость ферритов является комплексной величиной и может быть записана в виде

г+=m 'r- +im "г+; m r- =m 'r- +im "r- .

Членами с двумя штрихами определяются потери в феррите, причем m "r- <<m "r+

 

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ



Рис 18.3. Зависимость магнитной прони- Рис 18.4 К пояснению эффекта не- 
цаемости феррита на СВЧ от постоянного обратимого фазового сдвига подмагничивающего поля

Примерный вид зависимости магнитной проницаемости от подмагничивающего поля показан на рис. 18.3 для некоторой фиксированной частоты распространяющихся колебаний.

Частоту ферромагнитного резонанса f0 изменением приложенного поля Н0 можно подобрать равной частоте колебаний поля. При этом волны правого вращения будут резко ослабляться, в то время как волны левого вращения пройдут без заметного затухания. Изменение направления распространения волн круговой поляризации при фиксированном Н0 эквивалентно изменению направления вращения. Таким образом, при f=f0 волны правого вращения, распространяющиеся вдоль Н0, будут испытывать затухание, а распространяющиеся против Н0 - не будут.

5. Необратимый фазовый сдвиг волн круговой поляризации наблюдается в продольно намагниченных ферритах, т.е. при распространении волн вдоль Но. Из рис 18.2,в следует, что для волн разного направления распространения (разного направления вращения) величины m 'r, а вместе с ними и фазовые скорости, будут различными (на рис 18.2,в m r=m 'r).

Явление необратимого фазового сдвига имеет место также в тонких ферритовых пластинах при поперечном подмагничивании в прямоугольном волноводе с волной типа Н10 (рис 18.4,а). Ферритовая пластинка располагается между серединой волновода и одной из стенок и подмагничивается слабым магнитным полем Н0, перпендикулярным направлению распространения. Структура поля волны типа Н10 в волноводе при небольшой толщине пластинки почти не нарушается.

Магнитное поле волны типа Н10, как известно [1], имеет вращающуюся поляризацию во всех точках, за исключением средней плоскости волновода (х=а/2). В системе координат рис. 18.4 выражения для комплексных амплитуд магнитного поля имеют вид

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ ,

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ ,

где В - коэффициент, характеризующий амплитуду; g - постоянная распространения; верхние знаки соответствуют распространению в сторону положительных, а нижние - отрицательных z.

Отсюда видно, что составляющие магнитного поля отличаются по фазе на ±p /2, т.е. магнитное поле имеет вращающуюся поляризацию относительно оси, перпендикулярной широким стенкам волновода. Чисто круговая поляризация имеет место при таких значениях х, когда Нхz, т.е. в точках плоскостей, отстоящих от узких стенок волновода на расстоянии

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ .

Результирующий вектор вращается в сторону отстающей по фазе компоненты. При распространении волн в сторону отрицательных z (рис. 18.4,6) в точках справа от середины волновода (х<а/2) отстающей по фазе является компонента Hz, и поле вращается против часовой стрелки, т.е. имеет левую поляризацию, если смотреть на волновод сверху вниз - в сторону отрицательных у. В точках слева от середины волновода поле имеет поляризацию правого вращения. При изменении направления распространения на обратное направление вращения также изменится на обратное во всех точках внутри волновода.

При распространении волны в сторону отрицательных z (рис. 18.4,б) справа там, где расположена ферритовая пластинка, поле имеет поляризацию левого вращения. Так как вектор Н0 направлен навстречу оси вращения поля, то фазовая скорость определяется некоторым эффективным значением m r- . При распространении в сторону положительных z в области пластинки магнитное поле имеет поляризацию правого вращения и фазовая скорость определяется эффективной проницаемостью m r+.

Так как m r+ и m r- имеют разные значения, то и фазовый сдвиг на единицу длины пластинки при прямом и обратном направлениях распространения будет разным, т.е. необратимым.

Для пластинок феррита ограниченной длины вводится понятие дифференциального (разностного) фазового сдвига, равного разности фазовых сдвигов при прохождении электромагнитных волн вдоль пластинки в прямом и обратном направлениях. При этом одному направлению распространения приписывается фазовый сдвиг, равный нулю, а другому - получающийся дифференциальный фазовый сдвиг (обычно отрицательный, соответствующий запаздыванию по фазе).

Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ

Рис. 18.5. Эффект "смещения" поля.

 

 

В отношении дифференциального фазового сдвига перенос пластинки от правой стенки к левой эквивалентен изменению направления распространения.

А. Л. Микаэлян показал , что для очень тонких ферритовых пластинок максимальное значение дифференциального фазового сдвига Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ y получается при d» a/4. С увеличением толщины пластинки для получения максимума Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ y пластинку нужно передвигать ближе к боковой стенке. При заданных подмагничивающем поле и характеристиках феррита можно найти такую толщину пластинки, которая обеспечивает максимум Основные элементы и узлы линий передачи. Основные свойства ферритов на СВЧ y при расположении пластинки у самой стенки. Это широко используется для упрощения конструкции устройств и улучшения теплоотвода от пластинки.

6. Эффект "смещения поля" наблюдается в волноводах со сравнительно толстыми ферритовыми пластинками при намагничивании сильным поперечным полем Н0. Суть явления заключается в том, что при одном направлении распространения феррит имеет магнитную проницаемость, поля заметно превышающую единицу, и концентрирует вблизи себя электромагнитное поле, а при обратном направлении распространения магнитная проницаемость феррита близка к единице, и феррит мало влияет на структуру поля. Разница в магнитных проницаемостях объясняется соображениями, изложенными в предыдущем пункте. На рис 18.5,а показано распределение амплитуд электрического поля в поперечном сечении волновода для распространения в сторону положительных z, а на рис. 18.5,б - в сторону отрицательных z.

7. В заключение отметим, что в устройствах с ферритами различие в их свойствах наблюдается не только при изменении направления распространения, но и при изменении направления постоянного магнитного поля Н0 на обратное. По своему действию эти изменения равнозначны. Благодаря этому и использованию коммутируемых соленоидов для создания подмагничивающего поля Н0 оказывается возможным построить быстродействующие вентильные, коммутирующие, разветвительные, развязывающие, поляризационные и другие узлы.

Статью про основные элементы я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое основные элементы, узлы линий передачи основные свойства ферритов на свч и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

создано: 2014-09-12
обновлено: 2021-03-13
132553



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Устройства СВЧ и антенны

Термины: Устройства СВЧ и антенны