8.4.2. Резонансные методы

Измерение основных констант ферритов можно выполнить с помощью резонаторов [204, 447, 448]. Использование двух

различных видов колебаний и резонаторе дает возможность [141] точно определить относительные диэлектрическую и магнитную проминаемое пепамагппчецпых образцов. Феррптопин стержень, например, можно поочередно помещать в резонатор с колебаниями вида где поле по оси преимущественно магнитное, и в резонатор с колебаниями вида где вдоль оси имеется лишь электрическое поле

В одном из устройств [416] для измерений намагниченных ферритов на частоте изображенном на рис. 8.12, стержень занимал центральное положение в цилиндрическом резонаторе с колебаниями вида Резонатор возбуждался прямоугольным волноводом с помощью двух отверстий связи, расположенных таким образом, чтобы возникала лишь плоско-поляризованная волна. Настройка осуществлялась с помощью подвижного поршня, на оси которого было отверстие для закрепления ферритового стержня. При наличии магнитного поля имелось два положения настройки, расстояние между которыми давало разность между фазовыми скоростями двух поляризованных по кругу волн, и, следовательно, определяло фарадеевское вращение. Измерение добротности при резонансе давало меру поглощения в феррите.

Рис. 8.12. Измерение фарадеевского вращения с помощью резонаторов. Приложение магнитного поля вдоль оси вы зывает расщепление колебаний вида в резонаторе. (См. [416].)

Фарадеевское вращение было также измерено [279] с помощью резонатора с двумя видами колебаний; конфигурация магнитного поля подбиралась таким образом, чтобы оно создавало связь между ортогонально расположенным и входной и выходной апертурами.

Если феррит поместить в область, где электрическое поле отсутствует, то изменение частоты собственно резонатора дается выражением [440, 441, 443]

где штрихами обозначены возмущенные значения. Равенство (8.35) не зависит от геометрии образца и резонатора, однако для конкретных устройств был получен [14, 15, 37, 356, 359] ряд соотношений. В цилиндрическом резонаторе с колебаниями типа ТЕ,

содержащем в центре ферритовую сферу, изменение частоты будет [40, 440, 441]

где — постоянная, зависящая от вида колебаний в резонаторе и от геометрии системы.

В частности, для поляризованных по кругу колебаний вида при четном и подмапшчивающем поле, приложенном вдоль изменение частоты равно

В зависимости от выбранного направления вращения поляризации из формулы (8.37) можно получить одно из двух значений частотного сдвига и таким образом определить составляющие тензора проницаемости намагннченного феррита.

Изменение добротности позволяет найти магнитные потерн из формулы

Для того чтобы определить внутреннюю проницаемость материала, необходимо внести поправки на высокочастотные размагничивающие поля. Если образец прилегает к стенкам резонатора, нужно учитывать эффект зеркального отображения.

Подобные соотношения применимы к различным размерам [17] и формам [355, 358, 366] образцов и резонатора при условии, что А выбрано соответствующим образом. Например, стержень можно поместить [210] в резонаторе с видом колебаний так, чтобы он находился в положении нулевого электрического поля. Магнитное высокочастотное поле однородно и всюду перпендикулярно к оси стержня.

Тонкий диск, расположенный на торцевой стенке резонатора с видом колебаний позволяет [23] использовать большой объем материала. Так как высокочастотные размагничивающие поля равны нулю, внутренние свойства феррита измеряются непосредственно.

Были получены формулы [328] для тонких дисков в резонаторах с типами колебаний ТЕ, ТМ и ТЕМ. Для прямоугольного волновода, работающего на виде колебаний с ферритовой пластиной, заполняющей узкий размер волновода и лежащей параллельно боковой стенке, были точно решены [206, 301] уравнения поля. Единственное ограничение на толщину пластины накладывает появление многих видов колебаний в волноводе, и, таким образом, точные измерения можно проделать лишь для материалов с малыми потерями. Когда феррит намагничен поперечно, распространение вдоль резонатора характеризуется невзаимностью, и изменение фазы необходимо определять с помощью вспомогательных зондов.

При помощи симметричного резонатора, в котором ферритовые пластинки расположены друг против друга на боковых стейках волновода, можно измерить тензор проницаемости. Подобные устройства годятся также для измерении с иеиамагнпченными ферритами, в случае которых могут быть найдены [322] скалярная проницаемость, диэлектрическая постоянная и потери.

Резонансные методы были использованы для определения свойств ферритов на различных частотах [25, 69, 257, 354], включая и область миллиметровых волн [228, 299]. Макбин [221] использовал цилиндрический резонатор с видом колебаний На одной из торцевых стенок резонатора помещался тонкий ферритовый диск.

Рис. 8. 13. Измерение тензора проницаемости в резонаторе. На вставке изображен резонатор с колебаниями вида Кривые представляют среднее от трех толщин образца. (См. [221].)

Экспериментальными определяемыми величинами были КСВН на входе волновода и частота при максимальной передаче мощности через резонатор. Результаты, полученные для никелево-цинкового феррита в области ниже резонанса, изображены на рис. 8.13.

Измерения [357, 358] составляющих внутреннего тензора проницаемости для марганцево-магниевого феррита в форме сфер, стержней и дисков хорошо согласуются друг с другом.