CC BY
8
М. Ю. 1ЛЬЧЕНКО, 6. В. КУДШОВ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗА6МОДИ НАМАГН1ЧЕН0Г0 ФЕРИТОВОГО ЕЛЕМЕНТА 3 Л1Н16Ю ПЕРЕДАЧ1 НВЧ
Для анал1зу взаемоди намагшченого в обласи феромагштного резонансу феритового елемента з електромагштними полями в Л1-шях передач! НВЧ дощльно розглядати змшну намагшчешсть феритового елемента як коливальну систему, зв'язану з порожнин-ною коливальною системою — лшею передач! НВЧ. Такий шд-хщ до намагшченого феритового елемента (НФЕ) був запропонова-ний Бломбергеном та Паундом [1] 1 використовувався в ряд1 робгг, наприклад [2—6].
Розглянемо деяку узгоджену лшш передач! НВЧ з маленьким НФЕ, який у загальному випадку розмвдений в елштичнш поляризаци мшрохвильового магштного поля. При цьому, як вщомо, феритовий елемент перевипромшюватиме потужшсть, яка переноситься електромагштним полем по лшп передач! як в на-прямку до генератора Р~, так 1 в напрямку до навантаження Р+
Внааидок цього добротшсть зв'язку коливально1 системи можна записати у вигляд1
(рис. 1)
Рп + Р^ + йзъ2
Де
1 соГ 1
(1)
Загальне затухания зв'язано! системи дор1внюе
■ и . —
(2)
¿н = ¿0 + + ¿зв2,
(3)
и _ г* ■
Рф — потужшсть, яка поглинаеться феритом.
Визначимо коеф!щент зв'язку намагшченого феритового еле-мента з лш!ею передач! НВЧ як в!дношения
Со ¿зв Р» Р£ V- I ¡^ /г\
К = п-= —г =-р-= Л! + Л2, (5)
Чзв «О ' ф
де
„ (1ЗВ\ Рп ¡г (1ЗВ2 Р П
= = (6)
Баланс потужностей в узгодженш л!ш1 передач! НВЧ, що м!стить у соб1 перевипромшюючий феритовий елемент, можна за-писати у вигляд1
Р = РГГ* + Рк + РТТ*, (7)
де Р — падаюча потужшсть;
РГГ* — потужшсть, яка перевипромшюеться в напрямку до генератора;
РТТ* — потужшсть, яка проходить в напрямку до навантаження; Рк — потужшсть, яка поглинаеться феритовим елементом. Коефщ!ент вщбивання
Р
коефщент проходження
Г = 1/ = (8)
7 = V = 1 + (9)
коефщент поглинання
*=4- - (1о)
де 2)_, й-А.—коефщ!енти перевипромшювання в!дпов1дно в напрямках до генератора 1 до навантаження.
1з сшввщношення (7) при феромагштному резонанс! неважко знайти
р = —(")
п __ 2 1/Йзв1Йзв2 ,10,
и~р---¿Г ' ( '
Ир = Щ?*. (13)
Враховуючи р1вняння (5), (6), (8 — 10), одержимо
1р-[--ГьГ=-ГТК-' (14)
35
ч
X n —
2VK1K2 1 + /C
4A:2
(i + кг ■
(16)
Розглянемо деяю окрем1 випадки формул (14) — (16) для намагшченого в режим1 феромагштного резонансу феритового елемента кулевидно1 форми.
1. Елемент розмщено в круговш поляризацД мжрохвильового магн1тного поля правого обертання. При цьому, як в1домо 14],
Феритобий елемент
N
Рис. 1. Намагшчений феритовий елемент в узгодженш л!н!Т передач! НВЧ.
K0S
Рис. 2. Залежшсть характеристик вза-емодй вщ величини коефдаента зв'яз-ку (НФЕ знаходиться в узгодженш лши передач! в круговш поляризаци ипкрохвильового поля правого обертання).
не буде вщбивання потужносп в1д елемента в напрямку до генератора, тобто Ki = О, К ■= К2 i
~ J % • = 0, хр = . (17)
Якщо К = К2- 1, то Гр= 0, хр = 1, тобто потужшсть, яка падае на феритовий елемент, повшстю поглинаеться в ньому (¿де-альний вентиль). Якщо К~ > 1, то хвиля, яка проходить у напрямку до навантаження, матиме Ha6ir фази 180° (пратор). Коефщ1ент зв'язку, при якому вщбуваеться вказана яюсна змша зв'язажи системи, можна назвати критичним, тобто Ккр = 1 = =0 дб (рис. 2).
2. Елемент розмпцено в лЫйнш поляризаци м1крохвильового
^
магштного поля. При цьому Ki~Ki= -5—система взаемна i
1
:р= 1 + к ' Гр" I + К ' ^ ~ (1 + К)2
к
Хр
2 К
(18)
При зв'язку, який дор1внюе критичнш величин! К = Ккр = 1,
= /С2 = 05 I Гр = 0,5, Гр = 0,5, хр = 0,5 (рис. 3).
Розглянемо тепер короткозамкнуту лшпо передач! НВЧ, в яюй НФЕ розм!щено на деяк!й вдоташ в!д площини короткого зами-
ТрГрИр 0,8 06 04
02 О
Тр^ \/
Ул 1
•20 -¡2
Л/мя передач/ НВЧ
-4
12 20
Феритобий елемент
Рис. 3. Залежшсть характеристик Рис. 4. Намагшчений феритовий взаемодп вщ величини коефшента елемент у короткозамкнутш лшц зв'язку (НФЕ знаходиться в уз- передач! НВЧ.
годженш л!нн передач! в Л1н1йн1й по-ляризацп мжрохвильового магштно-го поля).
кання (рис. 4). Визначимо коефипент зв'язку феритового елемента з короткозамкнутою лЫею передач! НВЧ як вщношення
Де
/Скз =
(¿Г
еж8 0£
.КЗ "зв
¿0
окз —
Чсзв —
ф
РГ
рКЗ *п
(19)
(20)
Р„3— потужн!сть, яка переноситься перевипромшюваним полем по лшп передач!.
Загальне затухания даноТ зв'язано! системи дор!виюе
¿КЗ .КЗ . «КЗ
н = а0 + азв.
(21)
Баланс потужностей в короткозамкнутШ л1н|1 передач! НВЧ, яка мютить в соб! перевипром!нюючий феритовий елемент, можна записати у вигляд!
Р — Р (ГГ*)КЗ + Рикз. (22)
Тут Р(ГГ*)КЗ— потужшстъ, яка в1дбиваеться в напрямку до генератора;
Рхкз — потужнють, яка поглинаеться феритовим еле-
ментом, причому коефщент вщбивання
Гкз = = 1 + £>кз; (23)
коефщент поглинання
Pi3
х- = , (24)
де — коефщент перевипромшювання.
1з сшввщношення (22) при феромагштному резонанс! неважко знайти спочатку
2 (1КЗ
°р3 = - ; (25)
"н
4 .КЗ .КЗ
«С)2 ' ( }
а пстм, враховуючи (19)— (21), (23) —(24), !
2Ккз 1_Ккз
= (27)
4ККЗ
хкз = —- . (28)
Залежшсть коеф!щент!в поглинання ! вщбивання в!д величини коефвдента зв'язку НФЕ з короткозамкнутою лш1ею передач! НВЧ, як видно, аналопчна залежност! в!дпов!дно коефвдешчв поглинання ! проходження в!д величини коефшента зв'язку НФЕ з узгодженою лЫею передач! при розм!щенн! елемента в круговШ поляризаца мшрохвильового магштного поля правого обертання.
На закшчення в!дзначимо, що одержан! вище вирази для характеристик взаемода дшсш, якщо при розм!щенн! НФЕ в лша передач! не спостер!гаються поляризацшш явища.
Л1ТЕРАТУРА
1. BloembergenN. and Р о u n d R. Radiation Damping in Magnetic Resonance Experiments.— Phys. Rev., v. 95, 1, July 1954, p. 8.
2. Г у p e в и ч А. Г. Ферритовый эллипсоид в волноводе.— «Радиотехника и электроника», 8, № 5, 1963.
3. Кисляковский А. В. Возбуждение волновода переменной намагниченностью ферритового сфероида.— Вестник К.ПИ, № 2, серия радиотехники, Изд-во К.ГУ, 1965.
4. Сюй Янь-шен. Дифракция электромагнитных волн на гиро-тропной сфере внутри прямоугольного волновода.— «Радиотехника и электроника», б, № 1, 1960.
5. S k е i е Н. Nonreciprocal Coupling with Single Crystal Ferrites.— IEEE Trans. MTT, v. MTT-12, No 6, p. 587—594, 1964.
6. De Grasse R. Low-Loss Gyromagnetic Coupling through Single Crystal Garnets.— J. Appl. Phys., Suppl. to v. 30, No. 4, April, 1959.
M. E. ИЛЬЧЕНКО, E. В. КУДИНОВ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАМАГНИЧЕННОГО ФЕРРИТОВОГО ЭЛЕМЕНТА С ЛИНИЕЙ ПЕРЕДАЧИ СВЧ
Краткое содержание-
Известно, что миниатюрные ферритовые элементы, в которых возбуждена однородная прецессия намагниченности, ведут себя на СВЧ как резонаторы с сосредоточенными постоянными. С помощью уравнений баланса мощностей в согласованной и короткозамкнутой линиях передачи, содержащих такой ферритовый резонатор, в данной работе получены выражения для характеристик взаимодействия указанных связанных систем. Эти выражения даны в общем виде и записаны через коэффициенты связи намагниченного ферритового элемента с линией передачи СВЧ.
М. Е. ILTCHENKO, Е. V. KUDINOV
THE INTERACTION CHARACTERISTICS
OF FERRITE RESONATOR WITH UHF TRANSMISSION LINE
Summary
The coupling coefficients of ferrite resonator with UHF transmission line is obtained. Expressions for interaction characteristics of coupling system are found using the energy balance equation for transmission line. These expressions are given in a general sense and expressed by the coupling coefficients.
