Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 5

              Ферритовые материалы характеризуются в отсутствие внешнего магнитного поля отличным от нуля вектором намагниченности М-, равным сумме собственных магнитных моментов электронов всех атомов в единице объема вещества. На рис. 11.19 показано враще­ние вектора намагниченности ферримагнетика в постоянном маг­нитном поле. При наложении на образец феррита постоянного маг­нитного поля с вектором H0- в феррите возникает внутреннее по­стоянное магнитное поле с вектором Hвн.- В результате взаимо­действия внутреннего постоянного магнитного поля феррита с век­тором намагниченности М- последний начинает вращаться вокруг направления вектора Hвн.-  с частотой гиромагнитного резонанса fH [МГц]=0,035 Hвн.[А/м].

              Из-за взаимодействия электронов между собой и с атомами кри­сталлической решетки феррита вращательное движение вектора М- затухает, угол θ между векторами Hвн.- и М- стремится к нулю и вектор намагниченности совпадает по направлению с вектором Hвн.-  Если теперь в ферримагнетике создать высокочастотное магнитное поле с вектором Hвч.-, перпендикулярным вектору Hвн.-  , то враща­тельное движение вектора намагниченности М- в результате взаи­модействия с полем Hвч.- опять возобновится. Вращение вектора М сопровождается поглощением энергии высокочастотного поля. Это поглощение особенно сильно возраста­ет на частоте гиромагнитного резонанса.

             Собственная добротность ЖИГ-резонатора зависит от материала, формы, раз­меров резонатора и чистоты обработки по­верхности. Для повышения добротности необходима однородность подмагничивающего поля Н0 в объеме материала ЖИГ-резонатора. Наилучшая однородность подмагничивающего поля достигается в ре­зонаторах сферической или эллипсоидаль­ной формы. С уменьшением размеров ре­зонатора его добротность возрастает. На­груженная добротность используемых ЖИГ-резонаторов достигает нескольких тысяч в сантиметровом диапазоне волн.

Рис. 11.19. Вращение век­тора намагниченности ферримагнетика

в посто­янном магнитном поле

                Для связи ЖИГ-резонатора с коаксиальными и полосковыми линиями передачи используются петлевые элементы. Конструк­ции микрополоскового и волноводного фильтров на ЖИГ-резонаторах показаны на рис. 11.20.

                Микрополосковый полосовой фильтр на основе ЖИГ-резона­тора (см. рис. 11.20, а) состоит из двух взаимно перпендикулярных проводящих петель 7 и 2, соединенных одним концом с входной и выходной линиями передачи, а другие их концы короткозамкнуты через площадку 4 на подложку микросхемы. В общем центре петель находится сферический ЖИГ-резонатор 3. На частотах, далеких от резонанса, магнитные поля токов петлевых элементов не взаимо­действуют с ЖИГ-резонатором. При этом переменное магнитное поле входной петли 1 параллельно плоскости выходной петли 2 и не наводит в ней ЭДС. На частотах, близких к резонансной частоте fНв ЖИГ-резонаторе высокочастотным магнитным полем петли 1 возбуждается магнитное поле круговой поляризации. Это поле имеет переменную составляющую, которая пересекает площадь петли 2 и наводит в ней ЭДС, пропорциональную входному сигналу. Таким образом, между входной и выходной линиями возникает взаимная связь в узкой полосе частот гиромагнитного резонанса.

              Волноводный фильтр на основе ЖИГ-резонатора представляет собой два одинаковых соосных прямоугольных волновода, развер­нутых на 90° один относительно другого (см. рис. 11.20, б). В отвер­стии общей торцевой стенки волноводов размещен сферический ЖИГ-резонатор, подмагничиваемый внешним постоянным по­лем H0 -. Вдали от собственной частоты ферромагнитного резона­тора обмен энергией между волноводами отсутствует из-за орто­гональности поляризации их собственных волн. В полосе частот вблизи резонанса в ЖИГ-резонаторе полем входного волновода возбуждается магнитное поле круговой поляризации. Благодаря этому полю между волноводами возникает связь и

Рис. 11.20. Конструкции микрополоскового (а) и волноводного (б) фильт­ров на

ЖИГ-резонаторах: 1,2— проводящие петли; 3 — ЖИГ-резонатор; 4площадка

входной сиг­нал передается в выходной волновод.

              В ферримагнитных резонаторах могут возникать высшие типы волн, которые уменьшают их добротность, однако их энергия падает при уменьшении размеров резонатора. Поэтому чем меньше диаметр сферы ЖИГ-резонатора, тем выше его добротность. Добротность ненагруженного ЖИГ-резонатора растет до частоты 5...10 ГГц, а затем почти не меняется вплоть до частот в несколько десятков ГГц, сохраняя приемлемые значения и на частоте 60 ГГц.

               Кроме малых размеров важным достоинством ЖИГ-резонато­ров является возможность электронной перестройки резонансной частоты по линейному закону в широких пределах и с высокой скоростью. Это достигается изменением подмагничивающего поля H0. Линейность настроечной характеристики особенно удобна для перестраиваемых в широком диапазоне частот фильтров, усили­телей и генераторов СВЧ.

               Недостатком ЖИГ-резонаторов является сравнительно высо­кое значение минимальной резонансной частоты из-за наличия в резонаторе внутреннего размагничивающего поля. Для ЖИГ-ре­зонатора сферической формы минимальная частота равна 1,6 ГГц. Уменьшить резонансную частоту до значения 700 МГц удается с помощью замещения в структуре ЖИГ части атомов иттрия ато­мами галлия.

              В диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых (<1 мм) волн применение закрытых объемных резонаторов становится нецеле­сообразным или вообще невозможным. При увеличении резонан­сной частоты в N раз с сохранением основного вида колебаний все размеры резонатора уменьшаются также в N раз, его объем и запасенная в нем энергия снижаются в N3раз, а добротность падает в Nраз. Уже в миллиметровом диапазоне размеры резонатора уменьшаются настолько, что технологически трудно обеспечить их с требуемой точностью.