Длинные линии с нелинейными параметрами, страница 4

Рис. 23.3. Деформация импульса при распространении вдоль линии

Однако надо иметь в виду, что рассматриваемое явление имеет место до тех пор, пока сохраняется квазистатическая зависимость В(Н), что характерно для микросекундного диапазона изменения длительностей фронта и среза импульса, т.е. до тех пор, пока скорость изменения магнитного поля Н на фронте (срезе) волны не превышает величины 10⁷–10⁸ Э/с [6].

§ 23.3    Диссипативный механизм образования ударных электромагнитных волн

В случае большой скорости нарастания (более 10⁸–10⁹ Э/с) магнитного поля при формировании фронта нарушается квазистатическая зависимость В(Н) и возникает необходимость учитывать динамический процесс при перемагничивании феррита. Большую роль начинает играть магнитная вязкость феррита, приводящая к потерям энергии на фронте волны [1, 5]. Поэтому при быстрых изменениях магнитного поля можно говорить о диссипативном механизме образования ударных электромагнитных волн.

Диссипация энергии на фронте волны в определенной степени имеет место и при формировании ударной волны за счет механизма набега в те моменты, когда крутизна фронта заметно возрастает. Однако явление диссипации энергии при этом не будет основным. При больших скоростях изменения магнитного поля явление диссипации уже играет существенную роль. В этом случае учитывается процесс быстрого перемагничивания феррита. В случае линий передачи с тороидальными или цилиндрическими ферритовыми сердечниками процесс перемагничивания феррита при больших скоростях изменения поля описывается моделью неоднородной прецессии [7]. В этом случае зависимость между намагниченностью и магнитным полем описывается формулой (22.4). Необходимо отметить значение начальной намагниченности феррита при формировании фронта ударной волны. Изменяя величину и знак поля подмагничивания, можно влиять на процесс образования ударной волны, в частности изменять длительность ее фронта.

Физическую картину образования волн наиболее просто пояснить графически. При падении волны с пологим фронтом (рис. 4, а) на линию с ферритом в связи с потерями энергии на перемагничивание феррита происходит диссипация энергии на фронте волны. В результате в самом начале распространения волны по линии в основании ее фронта возникает крутой участок – ударный фронт. Если (рис. 4, б) длительность фронта, на котором происходит перемагничивание, мала по сравнению с длительностью исходного фронта импульса, то этот участок можно рассматривать как «разрыв», перед которым ток равен нулю, а за ним феррит уже полностью насыщен. Участок профиля исходной волны, расположенный перед ударным фронтом, потерян, причем одна часть его энергии уходит на перемагничивание, а другая отражается от области разрыва. При дальнейшем распространении волны амплитуда ударного фронта возрастает (рис. 4, в), пока на некотором расстоянии от начала линии с ферритом она не становится максимальной. На этом процесс развития «разрыва» заканчивается, и форма фронта волны при дальнейшем распространении ее по нелинейной линии остается неизменной. Такая волна называется стационарной ударной волной.

Рис. 23.4. Формирование импульса с крутым фронтом:  и  – скорость и ток падающей волны;  – скорость ударной волны;  – длительность фронта исходного импульса; – длина ударной линии

После образования стационарной ударной волны для перемагничивания феррита, лежащего перед ее фронтом, расходуется энергия плоской части волны. Ток ударной волны есть разность величин падающей и отраженной волн. Когда фронт преобразованной таким образом волны переходит из линии с ферритом в линейную линию, отражение от фронта прекращается, поскольку перемагничивания феррита на фронте нет. При определенных условиях падающая волна с крутым фронтом полностью (не считая ликвидированного переднего участка) проходит в линейную линию, а отраженная поглощается генератором исходного импульса.