Файл: Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.07.2024

Просмотров: 107

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

С учетом уравнения (2.51) и (2.52) выражение д л я ко­ эффициента отражени я можн о переписать в виде

^•Л2

^Т2

RHGrLTt

Уи/?ц

I C T i T i

2

/

Г =

 

 

i

 

 

(2.64)

^•Л2 +

^Т2 +

RnG-tL-rx + jtoRn у С т Z,T i

-^J-

j

На рабочей частоте,

когда

частота

несущей

совпадает

с частотой ферромагнитного резонанса пленки,

в ы р а ж е ­

ние для коэффициента отражения примет

вид

 

 

Г =

£л2

RHGTLrl

 

 

(2.65)

 

 

 

 

 

 

На рис. 2.24 приведена зависимость коэффициента отражения от управляющег о поля. Незначительное рас ­ хождение теоретической кривой с экспериментальными точками обусловлено неодиородностями в переходах.

Мощность на выходе ключевого устройства может быть определена из соотношения

 

 

Й2ф2(1 _ ф2) (1 — 1 Г Ра

(2.66)

Роых I

 

 

О о - " 2 ) 2

( С т / ? н

+ 1 - Ф = ) 2

+

 

 

 

 

 

 

ГДе РВЬ1Х

т а х — im.-iRn№-

 

 

На

рис. 2.25

показаны теоретическая

(сплошные

линии) и экспериментально снятые (пунктирные линии)

зависимости выходной мощности от управляющих

полей.

Д л я исследования ортогонального С В Ч ключа

была

использована эквивалентная схема однородной пленки. Р е а л ь н а я пленка, о б л а д а ю щ а я неодиородностями, ведет себя несколько иначе. Это проявляется в следующем.. Угловая дисперсия уменьшает затухание в закрытом со­ стоянии. Кроме того, д л я нормальной работы ключа не­ обходимо, чтобы значение к. с. в. в закрытом состоянии было как можно больше. Наличие неоднородностей плен­ ки уменьшает к. с. в. в закрытом состоянии, так как при этом всегда существует момент между высокочастотным полем и областями пленки, направление легких осей ко ­ торых не совпадает с направлением высокочастотного поля.

Неоднородность пленки сказывается т а к ж е и на ве­ личине выходной мощности. При анализе входного со­ противления согласующего четырехполюсника были по-

103

лу.чены в ы р а ж е н и я д л я оптимального значения устано­ вившегося относительного потокосцепления и соответст­

вующих ему у п р а в л я ю щ и х полей. Д л я

областей

пленки,

направление легких осей которых при

/гл =

/гт

=

0 от­

личается

от ее средней легкой оси, полученное

значе­

ние Ф 2 не

будет оптимальным . Поэтому

эти

области бу­

дут д а в а т ь меньший в к л а д в выходную

мощность

 

ключа.

Экспериментальные исследования ортогонального клю­ ча с различными пленками, проводимые « а частоте поряд ­ ка 1 ГГц, показали, что в зависимости от дисперсионных

Р и с . 2.25

свойств пленки, определяемых ее неодпородностями, ве­ личина ослабления в закрытом состоянии колеблется в пределах от 30 до 40 д Б . В открытом состоянии при оп­ тимальном значении управляющего поля ослабление в основном зависит от эквивалентной проводимости С7Т. Экспериментально было получено минимальное ослабле ­ ние в открытом состоянии порядка 1,6—2,0 д Б . Полоса пропускания, обеспечиваемая СВЧ ключом, составляла

30-—40% от

несущей. Величина управляющего поля

не

п р е в ы ш а л а

800 А/м.

 

 

 

 

 

 

2.3. ВКЛЮЧЕНИЕ

ПЛЕНКИ

В

КАЧЕСТВЕ НЕОДНОРОДНОСТИ

Э к в и в а л е н т н а я

схема

при включении

пленки в

ка­

честве

неоднородности

линии

может

быть

представлена

в виде

двухполюсника

(рис.

2,1, б) .

Д л я

случая линей-

104

ного режима работы эквивалентная схема пленки позво­ ляет взаимодействие пленки с внешними цепями предста­ вить в виде вносимого в них полного сопротивления, за ­ висимого как от частоты электромагнитных колебаний, взаимодействующих с пленкой, так и от величины внеш­ него управляющего поля.

Р и с . 2.26

Рассмотрим влияние активной и реактивной состав­ л я ю щ и х вносимого полного сопротивления на внешние

цепи и обсудим возможность использования их

д л я соз­

дания различных С В Ч

устройств. Н а

рис. 2.26

приведен

характер зависимостей

активной и

реактивной состав­

л я ю щ и х вносимого полного сопротивления от внешнего

смещающего поля,

направленного вдоль

легкой

оси

пленки. В качестве

п а р а м е т р а используется

значение

не­

сущей частоты высокочастотного поля, взаимодействую -

105

щ е го с пленкой. Когда в качестве

п а р а м е т р а

использу­

ется внешнее с м е щ а ю щ е е

поле, а

в качестве

независи­

мой

переменной — частота,

зависимости

составляющих

вносимого

сопротивления

имеют

вид,

показанный

на

рис. 2.26,

в.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ширина кривой поглощения д л я активной составляю­

щ е й

при # л =

0 д о л ж н а быть

больше, чем

при

Я л >

О,

т а к

как

в

этом

случае уменьшается

влияние

неоднород­

ностей пленки. Учитывая, что вблизи резонанса

соотно­

шение

К р а м е р а — Кронига

справедливо

и

д л я

сред

с

тензорной

восприимчивостью

(т. е. зная

диссипативную

кривую,

можно

получить

из

нее

кривую

дисперсии),

м о ж н о

сделать

заключение,

что зависимость

реактивной

составляющей вносимого

сопротивления при

# л

=

0 так­

ж е будет более пологой

с меньшими

значениями

 

модуля .

Н а рис. 2.26, б, в приведены зависимости

составляю­

щих полного сопротивления для случая, когда высоко­ частотное поле действует вдоль трудной оси, а в качестве с м е щ а ю щ е г о поля используется или поле анизотропии пленки, или суммарное поле, состоящее из поля ани­ зотропии и дополнительного внешнего поля, 'Направлен­ ного вдоль средней легкой, оси пленки (рис. 2 . 26,а) . По ­ ворот пленки в этой ж е плоскости на 90° приведет к то­ му, что магнитная составляющая высокочастотного поля

будет направлена вдоль легкой оси, а с м е щ а ю щ е е

поле

перпендикулярно высокочастотному — вдоль

трудной

оси

(рис. 2.27, а ) . Зависимости

компонент вносимого

сопро­

тивления

от

смещающего

поля для этого

случая

пока­

з а н ы на

рис.

2.27, б. В том

случае, если со <

со1С, то

явле­

ние спинового поглощения наблюдается при двух зна­ чениях управляющего поля:

Я у = Я т 1 < Я к и Я у = Я т 2 > Я к .

П о отмеченным выше причинам в первом случае, т. е. при меньшем значении управляющего поля, значения

модулей реактивной и активной составляющих

полного

сопротивления

меньше, чем

во втором.

Д л я

случая

<о > и к

резонанс

наблюдается

только при смещающих

полях,

больших

поля анизотропии.

 

 

Р а с с м о т р и м составляющие

вносимого

сопротивления

с точки зрения возможности использования их в С В Ч

приборах .

Р е а к т и в н а я

составляющая вносимого сопро­

тивления

может быть

использована

д л я управления фа­

зой С В Ч

волны, взаимодействующей

с пленкой. В ы р а ж е -

Д06

1вк

*.\. м

г

н

\ 2

'"о

_ _ К 7

" г

Р и с . 2.27

ние, характеризующее реактивную компоненту, имеет следующий вид:

 

 

 

 

(ш о — щ 2 )

 

(2.67)

 

 

 

 

(«g

СО2)2 Н- 4»»€*»

'

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф 2 , когда легкая ось пленки параллельна вы­

где т

=

1

сокочастотному

полю,

 

 

(1 — Ф2 ),

когда

легкая ось пленки перпен­

 

 

 

 

 

дикулярна высокочастотному

полю,

о>о — частота

ферромагнитного

резонанса

(1.21).

К а к

 

можно видеть

из рис. 2.26 и 2.27,

м а к с и м а л ь н ы е

значения реактивной составляющей дл я двух способов

включения пленки совпадают с зоной

максимального

спинового поглощения — с максимумом резонансной

кри­

вой активной составляющей вносимого

сопротивления,

что приводит к нежелательным потерям во внешней

це-

 

 

107

V

пи. Таким образом, частотная область, с о в п а д а ю щ а я с областью частот ферромагнитного резонанса пленки, ока­

зывается малопригодной д л я управления

фазой.

 

 

 

 

Во

 

втором варианте расположения пленки (рис.

2.27, а)

некоторый интерес

представляет

область,

з а к л ю ­

ченная

м е ж д у значениями

у п р а в л я ю щ е г о

поля,

равны ­

ми

# Т

1

и Я т 2

(в частном

случае равном

полю

анизотро­

пии

Я к ,

рис. 2.27, б ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

идеальной модели

пленки

при

 

этом

резонансная

ч а с т о т а * (рис.

 

2.27,в)

ш2

=

со2

(1 — 2Ф 2

+ / / т

)

=

О,

откуда

Хвн

^

— 1/соСт,

т. е.

во

внешнюю

цепь

от

пленки

вно­

сится

емкостное

сопротивление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

реальных пленок за счет .их иеоднородностей

ве­

личина

резонансной

частоты

соо имеет

конечное

значе-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние сон (рис. 2.27, а ) , а по­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тери

в

интервале

м е ж д у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

резонансными

 

значения­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ми полей

возрастают (рас­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тет

Rm)

 

п

 

возможность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

использования

реактив­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ной

составляющей

в

этой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

области

уменьшается .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Области

значений

сме­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щ а ю щ и х

полей

выше

и

 

 

 

Р и с .

2.28

 

 

 

н и ж е резонансных,

кото­

 

 

 

 

 

 

рые

з а х в а т ы в а ю т спадаю ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щие

участки

резонансных

кривых активной и реактивной составляющих зависимо ­ сти, имеют свои недостатки. Использование у п р а в л я ю ­ щего поля, превышающего значения смещающего поля, соответствующего резонансу, приводит к значительному увеличению мощности управления (однако при необхо­ димости этим недостатком можно пренебречь). При зна­ чениях управляющего поля, меньших резонансного, имеется возможность попасть в область потерь в малых

полях,

обусловленных (кроме

потерь Л а н д а у —

Л и ф ш н -

ца)

в

значительной степени

неоднородностямн

пленки

(рис.

 

2.28). Если ширина кривой ферромагнитного ре­

зонанса велика, то области

потерь могут

перекрываться .

Н и ж е

будет рассмотрена

возможность

создания плав ­

ного

ф а з о в р а щ а т е л я с использованием области

смещаю ­

щих

полей выше резонансных.

 

 

 

* Необходимо учитывать, что значение собственной частоты да­ же в линейном режиме за счет потерь отличается от нуля.

408

Смотрите также файлы