или воздухом. На миллиметровых волнах в качестве линий передачи используют полые волноводы, а на метровых - большей частью полосковые и коаксиальные линии, так как волноводы имеют здесь слишком большие размеры. Выбор типа устройства для передачи электромагнитной энергии зависит не только от частоты,

но и от других условий, например от уровня мощности.

Металлические магнитные материалы на СВЧ не применяют, так как вследствие малого электрического сопротивления они являются идеальными отражателями СВЧ-волн. Ферриты, обладая удельным электрическим сопротивлением в миллионы раз более высоким, чем металлы, пропускают волну СВЧ без значительных отражений или потерь. Однако в процессе прохождения через феррит волна может активно взаимодействовать с вращающимися электронами, определяющими магнитные свойства вещества. В результате такого взаимодействия меняются структура поля, скорость распространения волны и возникают различные эффекты, например эффект Фарадея.

Ферриты позволили создать: 1) устройства СВЧ, не удовлетворяющие принципу взаимности, т. е. имеющие существенно различные характеристики для разных направлений распространения энергии (вентили и цирку-ляторы);

2) устройства СВЧ с быстроуправляемыми параметрами (фазовращатели,, переключатели и др.).

Ферритовые устройства СВЧ в качестве обязательного элемента имеют в радиоволноводе ферритовый вкладыш, различный по форме и свойствам, размещенный по-разному внутри волновода и находящийся под действием управляющих (постоянных или переменных) полей.

Полдер показал, что однородное-переменное магнитное поле h диапазона СВЧ, приложенное к равномерно намагниченному и насыщенному вдоль оси Z полем Но образцу феррита, создает в образце магнитную индукцию, составляющие которой можно представить так:

Рис. 2.53. Основные типы волноводов и структура электромагнитного поля в них {сплошными линиями обозначены электрические силовые линии; пунктирными - магнитные):

я - коаксиальная линия передачи; волноводы; б - круглый; е - прямоугольный

(2.28)

- ы2

В приведенных выражениях приняты следующие обозначения:

г. гчос МГц

\={J,0oo---гиромагнитное отношение; соо - частота прецессии

электрона, помещенного в постоянное поле Но (.частота гиромагнитного резонанса); со - частота переменного поля СВЧ; k - коэффициент. Остальные обозначения соответствуют принятым ранее. Под полем Но надо понимать внутреннее поле, действующее в образце.

Из выражений (2.28) видно, что составляющая hx вектора поля СВЧ, действующая по оси х, создает компоненты высокочастотной магнитной индукции как в направлении оси х, так и в направлении оси у; то же относится и к составляющей hy. Это указывает на возможность перехода энергии электромагнитной волны из одной плоскости поляризации в плоскость, ей перпендикулярную.

Связь между пространственными векторами магнитной индукции и напряженности магнитного поля может быть представлена

в виде тензора магнитной проницаемости (тензора Полдера) р.

Тензор Полдера является несимметричным (его недиагональные компоненты не равны между собой); наличие несимметричности позволило создать устройства, не отвечающие принципу взаимности. Вторая характерная особенность этого тензора состоит в том, что зависимости компонентов тензора от со и Яо имеют резонансный характер. При совпадении со с частотой прецессии соо возникает гиромагнитный резонанс*, что сопровождается резким увеличением поглощения ферритом электромагнитной энергии. Это явление используют при создании некоторых ферритовых устройств СВЧ, например резонансных вентилей.

Наглядное представление об особенностях магнитной проницаемости на СВЧ можно получить, рассмотрев часто реализуемое практически взаимно перпендикулярное расположение постоянного магнитного поля Яо, направленного по оси z, и поляризованного по кругу переменного поля h{hx=h; hy-±jh; hz-0).

В этом случае магнитная проницаемость р±, представляющая

собой простую линейную комбинацию компонентов тензора р, явля-

* Теория магнитных резонансов подробно рассмотрена в § I.I4.

ется скалярной величиной и при наличии потерь, всегда имеющих место в реальных условиях, выражается комплексным числом

(2.29)

где индексы « + » и «-» означают круговую поляризацию соответственно правого и левого вращения.

На рис. 2.54 приведены графики зависимостей действительной

р (кривые на рис. 2.54, а), мнимой р" (кривые на рис. 2.54, б) частей магнитной проницаемости и намагниченности в координатах щ,1 (кривые на рис. 2.54, в) от поля Яо при со = const.

По рис. 2.54, а, б видно, что зависимости р+ и р"+ от поля Яо имеют резонансный характер, а р и р" меняются монотонно.

Ширину резонансной кривой принято оценивать величиной ДЯ, которую называют шириной линии гиромагнитного резонанса и определяют как разность полей, при которых р"+= =тах р"+/2.

Чем меньше значение ДЯ, тем сильнее (при прочих равных условиях) поглощение электромагнитной энергии, что для ряда ферритовых устройств СВЧ является желательным. Ширина кривой гиромагннтно-параметров, характеризующих

Рис. 2.54. Зависимость компонентов комплексной проницаемости от постоянного поля Яо при поперечном магнитном поле h с круговой поляризацией правого (--) и левого (-) вращения

ге резонанса - один нз главных свойства ферритов для СВЧ.

Кроме значения ДЯ к основным характеристикам феррита СВЧ относятся: намагниченность насыщения h, точка Кюри в, диэлектрическая проницаемость е=е-je" и тангенс угла диэлектрических потерь tg68=(e"/e. Две последние величины влияют на скорость распространения электромагнитной волны.

При конструировании ферритовых устройств СВЧ наряду с основными параметрами требуется знать остаточную магнитную индукцию, коэрцитивную силу, начальную магнитную проницаемость, зависимости всех параметров от температуры, частоты и внешнего магнитного поля.

При использовании материала в сложных климатических условиях и при повышенных значениях уровня мощности СВЧ необхо-