НАМАГНИЧЕННЫЙ ФЕРРИТ В ПЕРЕМЕННОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ

Вынужденная прецессия. Пусть ферритовая среда намагничена до насыщения постоянным полем в направлении оси В ней распространяется электромагнитная волна с магнитной составляющей Яжел величина которой мала по сравнению с полем намагничения: Очевидно, составляющая параллельная но значительно меньшая по величине, не может изменить намагниченность феррита, так как все спиновые моменты уже ориентированы. Для этой составляющей феррит подобен вакууму, и можно записать, что составляющая вектора магнитной индукции т. е. в

Перпендикулярные составляющие и Ну, несмотря на их относительную малость, выводят вектор намагниченности из равновесного положения Этот вектор приобретает переменную составляющую перпендикулярную постоянной Теперь вектор модуль которого не изменяется, располагается под некоторым углом к оси Это, согласно уравнению движения (16.6), приводит к вращательному движению вокруг направления постоянного магнитного поля.

Будем считать положительным направлением вращения в намагниченном феррите направление прецессии вектора связанное с направлением постоянного магнитного поля правилом правого винта.

Появление компоненты вектора вращающейся в положительном направлении, можно рассматривать как своеобразное проявление инерционности, свойственное намагниченному ферриту. Под действием поля Н в феррите возникает вынужденная прецессия вектора намагниченности. Его переменная составляющая меняется с той же частотой, что и Однако линейной поляризации Нхех соответствует круговая или эллиптическая поляризация вектора с положительным вращением: Переменная составляющая вектора магнитной индукции пропорциональная сумме кроме составляющей имеет также отстающую от нее по фазе на 90° составляющую Здесь учтены потери и введены сокращенные обозначения элементов матрицы комплексной магнитной проницаемости и Аналогично при напряженности магнитного поля Ниеу возникают составляющие также соответствующие положительному вращению вектора В.

Тензор комплексной магнитной проницаемости определяется описанными свойствами феррита; в соответствии с ф-лами (16.3):

Рассмотренный ранее процесс свободной прецессии с частотой свидетельствует о резонансных свойствах намагниченной ферритовой среды. Поэтому элементы имеют явно выраженную зависимость от частоты и в определенном частотном интервале значительную мнимую часть, соответствующую магнитным потерям.

Соотношения для компонент получаются из уравнения движения (16.6), в правую часть которого введено дополнительное слагаемое, учитывающее потери при прецессии электронов [24]. Частотные характеристики построены на рис. 16.2 в функции отношения Обычно их рассматривают не как зависимости от рабочей частоты которая для данного устройства задана и постоянна, а как функции величины намагничивающего поля Но, изменение которого позволяет нужным образом менять параметры феррита. Поэтому здесь чаще будет упоминаться не зонансная частота а резонансное значение постоянного магнитного поля соответствующее ферромагнитному резонансу на заданной частоте

Вдали от резонанса потери в феррите несущественны и мнимые части элементов тензора магнитной проницаемости и малы.

Их вещественные части описываются следующими приближенными соотношениями:

При т. е. При когда <Ярез, вещественные составляющие

На частоте ферромагнитного резонанса воздействующее на феррит поле Н попадает в такт с собственным вращением вектора С каждым периодом угол увеличивается и конец вектора движется по развертывающейся спирали (рис. 16.3). С ростом амплитуды растут тепловые потери в феррите, которые в конце концов ограничивают ее величину. Частоте Нрез) соответствуют следующие значения:

Рис. 16.2

Рис. 16.3

При резонансе поляризация вектора В близка к круговой с отставанием по фазе от колебаний вектора Н на 90° [см. ф-лы (16.8) и (16.10)]. Частотные характеристики составляющих тензора вблизи резонанса, как видно из рис. 16.2, меняются аналогично характеристикам резонансного контура.

Добротность феррита определяется шириной резонансной кривой для или на уровне, равном половине максимального: где - ширина резонансной кривой на уровне или

Резонансная кривая ферритового элемента является суммой кривых элементарных резонаторов — электронов, каждый из которых является системой с весьма высокой добротностью. Однако

магнитное поле внутри ферритового элемента неоднородно. Крупномасштабная неоднородность поля связана с формой элемента, а более существенные мелкомасштабные неоднородности — с зернистостью его структуры. Так как частота прецессии {ф-ла (16.5)] каждого электрона определяется напряженностью магнитного поля непосредственно в его окрестности, а ее величина меняется от точки к точке, резонанс отдельных электронов возникает при разных внешних полях Но, что значительно расширяет результирующую резонансную кривую. Добротность поликристаллических ферритов

— порядка десяти. У монокристаллов со структурой граната добротность может достигать десятка тысяч. Повышению добротности способствует также тщательная обработка поверхности ферритового элемента.

Кроме резонансного поглощения, на частоте определяемой внешним магнитным полем, имеется несколько областей поглощения в диапазоне от До связанных с колебанием границ доменов и собственными внутренними полями На в феррите (естественный ферромагнитный резонанс). Это затрудняет использование ферритов на частотах ниже

Ферриты начали применяться в сантиметровом диапазоне волн. Для получения резонанса в диапазоне миллиметровых волн нужны сильные магнитные поля порядка которые невозможно создать внешними магнитами, имеющие приемлемые размеры. Однако получены кристаллы с очень сильными эффективными внутренними магнитными полями На (естественной анизотропией), которые работают при отсутствии внешних полей или в слабых полях. Найдены удовлетворительные технические решения (например, работа зарезонансной области и для использования ферритов в дециметровом диапазоне. Современные ферритовые устройства занимают диапазон от до