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

резонатора 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, определяется не собственной шириной линии ферромагнитного резонанса, а шириной линии нагруженного резонатора

где — пороговая амплитуда поля без учета связи; К — общий коэффициент связи резонатора с линией передачи.

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

и соотношение для мощности, передаваемой этой волной,

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

где - волновое сопротивление коасиальной линии;

При , и при этом формула (4.61) принимает вид

С учетом соотношения для коэффициента связи имеем окончательно

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

Пороговый уровень мощности зависит от угловой координаты расположения резонатора и расстояния 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 коэффициент связи при расположении резонатора в пучности СВЧ магнитного поля), перемещение резонатора к положению узла магнитного поля (что аналогично перемещению резонатора по угловой координате к значению ведет к увеличению порогового уровня мощности. В случае сильной связи, когда аналогичное перемещение резонатора приводит сначала к уменьшению, а затем к увелинию порогового уровня мощности. При этом минимальное значение пороговой мощности соответствует коэффициенту связи Соотношение для этого минимального значения пороговой мощности имеет вид

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

(кликните для просмотра скана)

Минимальное значение пороговой мощности получаемое при перемещении резонатора в линии передачи, не зависит 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 Апор 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 При расположении ферритового резонатора в согласованном прямоугольном волноводе (рисунок в табл. 5) соотношение для пороговой мощности имеет вид

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

где

На рис. 78 представлены типичные зависимости пороговой мощности от координаты расположения резонатора в волноводе. На средней частоте волновода при функция пор 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.