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: 94

Скачиваний: 0

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

р а в е н с т ва

| 3 ± с р = 0 . Это соответствует

наибольшему

пи­

ковому

значению

н а п р я ж е н и я с выхода детектора.

Ког­

да ( Р ± ф ) не равно

нулю,

 

значение

активной

состав­

л я ю щ е й

вносимого

сопротивления

при

(р—ср)

будет

больше, чем в случае

(|3+ф) .

 

 

 

 

 

 

 

Чувствительность измерения поля 1гл, которое опре­

деляется

углом

ф

расположения

пленки,

оценим

как

разность

м е ж д у

пиками вносимого

сопротивления,

т. е.

 

 

 

 

Д Я » н = 2 8 - 1 < 4 х

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

cos [2 ( р - у ) ] 1 / 3

 

 

 

 

 

 

ч/

|

 

 

 

 

 

 

 

 

2 """"""

 

 

К

{cos [2 (р -

с р ) ] 1 ' 3 - cos 2 [2 (р -

ф)]1 '3 }*

-|- 45=

 

 

 

 

 

 

cos f2 (Е +

у ) ] " 3

 

 

 

 

(2.103)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

{cos [2(Р +

«р)]1 '3 - cos 2 [2 (Р 4- ср)]1'3}2 4- 48*

 

 

 

П р и

статическом

поле,

имеющем

величину

 

порядка

# о = 8 0 - 1 0 3 А/М,

поворот

пленки

на

угол

-ф

10—5

ра д

вызывает

поле вдоль

легкой

оси # л = 8 0 - 1 0 ~ 3

А/м.

 

Т а б л и ц а 2.2

Ю - 3

0,29240

0,24662

60,0

i o - s

0,27368

0,26916

6,0

ю - 7

0,27166

0,27122

—0,6

ю - 8

0,27147

0,27142

—0,06

Табл . 2.2 [38] иллюстрирует величину выходного на­ п р я ж е н и я в зависимости от углового положения л\> плен­

ки при следующих

предположениях:

 

 

 

 

Р =

Ю - 2 рад; # к = 320

А/м; Я 0 =

80-103

А/м;

«Р = HJHK

=

Я 0 4 > / Я к

=

250ф;

АН

=

160

А/м .

К а к

следует

из

таблицы,

е в ы х

достаточно

линейно

зависит

от г|э.

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а

рис. 2.47

приведено

схематическое

изображение

чувствительного

элемента преобразователя . Статическое

поле Но создается

магнитом,

поле

вдоль

легкой оси /гл

1 *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в ы з ы в а е т ся поворотом пленки около подвешивающей си­

стемы на угол \р, модулирующее поле формируется

ка ­

тушкой под углом р к трудной

оси. Рис.

2.48

иллюстри­

рует структуру преобразователя

[38] .

 

 

 

При отсутствии вращения и

Я У > Я К

пики

на выходе

детектора получаются к а ж д ы й

раз при

Я У = ± Я К ,

что

является результатом четырех поглощающих пиков оди­

наковой

амплитуды

за период модулирующего

сигнала

 

Пленка

 

Низкочастот­

 

 

ный модулятору

• Генератор,

 

 

 

 

Взаимодейст­

Регистратор

 

 

вующий^

 

 

с пленкой

 

 

 

 

Селективный

Фазовый

 

 

усилитель

детектор

 

 

 

 

Р и с . 2.48

 

 

(рис. 2.46). Таким

образом,

выходное

напряжение е в ы х

содержит

преимущественно

вторые и

четвертые

гармо ­

ники модулирующей частоты. Поворот пленки изменяет амплитуды пиков несимметрично. В этом случае в вы­

ходном сигнале появляется

компонента основной

часто­

ты модуляции.

 

 

Н а п р а в л е н и е вращения пленки определяется путем

фазового

детектирования

селективноусиленной

состав­

л я ю щ е й

основной частоты.

Использование фазового де­

тектирования дополнительно улучшает отношение сиг­ нал/шум .

Генератор и амплитудный детектор р а б о т а л и на ча­ стоте 5 МГц . Модулятор, селективный усилитель и фа­ зовый детектор р а б о т а л и на частоте 390 Гц. Более под­ робно составные части преобразователя описаны в [38] .

2.4.2. Р е г у л и р у е м а я н а г р у з к а

Оконечными элементами (•нагрузками) принято на­ зывать сверхвысокочастотные элементы, з а м ы к а ю щ и е передающие линии. Эти элементы соответствуют двух-

141

п о л ю с н и к ам низкочастотной области, свойства которых, как известно, можно однозначно охарактеризовать ком­ плексным сопротивлением, включенным м е ж д у входными клеммами .

К одной из групп оконечных элементов относятся устройства, комплексный коэффициент отражения кото­

рых (т. е. амплитуду и фазу отраженных волн)

м о ж н о

менять по определенному закону. Используя

термины

низкочастотной техники, можно назвать нагрузки дан ­ ного типа регулируемыми оконечными комплексными со­ противлениями [24].

В этом пункте будет рассмотрен вопрос использова­ ния в качестве регулируемого оконечного элемента за ­ короченного отрезка полосковой линии с тонкой ферро ­ магнитной пленкой. И н ф о р м а ц и я о поведении тонкой, ферромагнитной пленки в закороченном отрезке полоско­

вой линии

может

быть

использована для

предсказания

поведения

пленки

и в

других радиотехнических устрой­

ствах.

 

 

 

 

Влияние магнитосвязанной пленки можно учесть с

помощью

эквивалентного сопротивления

Z0n—Rmi+jXnUt

компоненты которого были определены ранее соотноше­ ниями (2.67) и (2.68). Тогда уравнения д л я составляю ­ щих входного сопротивления закороченного отрезка по­

лосковой

линии

могут

быть

записаны

в таком

виде:

 

 

 

R

 

 

 

p M i

 

+

t g ' T )

 

 

( 2 Л 0 4 )

 

 

 

P ^ . ( 1 - . g T ) +

 

« g T ( p ' - ^ , - ^

 

 

 

 

 

 

 

( p - * B „ t g ? ) » + r 2 t g ' T

 

'

где с? =

2я//Х, г, =

г +

Ran;

р — волновое

сопротивление

полосковой

линии;

/ — расстояние

от

закороченного

конца до

сечения,

в

котором измеряются активная и ре­

активная

 

составляющие

полного

входного

сопротивле­

ния RBX

и

Хвх;

г

— потери

на

токи проводимости в по­

лосковой

 

линии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к

правило,

 

на

высоких

частотах

непосредственно

измеряются

к.с.в.

и

ф а з а отраженного

сигала,

по кото­

рым, используя круговые д и а г р а м м ы , всегда можно оп­

ределить

составляющие входного сопротивления. На

рис. 2.49

показано изменение к.с.в. и

ф а з ы отраженного

сигнала

в зависимости от

внешнего

смещающего поля.

Д л я сравнения на графике

приведены

экспериментально

142

с н я т ые точки и теоретически рассчитанная кривая . При ­

веденные зависимости

построены дл я случая совпадения

направления

трудного

 

намагничивания

пленки с

маг­

нитной

 

составляющей

 

 

 

высокочастотного

элек-

£ с - в -

 

 

тромагнитного

поля.

 

 

 

П р и

повороте

пленки

 

 

 

на

90°

х а р а к т е р

зави ­

 

 

 

симости

к. с. в. и ф а з ы

 

 

 

от

смещающего

маг­

ю

 

 

нитного поля не изме­

 

 

 

нится,

за

исключением

 

 

 

того, что поле, при ко­

-20

w

15 Н,

тором

к. с. в.

имеет ми­

нимальное

 

значение,

 

 

 

увеличится на величину

-30

 

 

2Я„.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К а к у ж е

отмечалось

-40

 

 

одним

из

путей

увели­

 

 

 

 

 

чения

влияния

пленки

SO

 

 

на внешнюю цепь явля ­

 

 

 

 

 

ется

включение неодно­

 

 

 

родности

на

входе по-

Р и с . 2.49

 

лосковой

линии

(рис.

 

 

 

2.50),

что

позволяет

сконцентрировать

магнитное

поле

в области расположения пленки. Составляющие входно­ го сопротивления такого двухполюсника равны

Rax —

 

г + Лв „

(2.106)

( 1 - ш С У О 2

«2Сб (Яви + Г)1

 

х

=

X-v>CAX*

+ (r + Rmiy)

(2.107)

 

 

( 1 - " С 0 Х ) = + ^ С 0 2 ( Я в н + л)а '

 

в х

 

г д е X — (oZ,0 +

Хвп;

L 0 и С0

— эквивалентные индуктив

ность и емкость внешней цепи соответственно.

Г.

Р и с . 2.50

На рис. 2.51 показаны теоретические и эксперимен­

тальные

зависимости

к.с.в. и ф а з ы

отраженного сигна­

л а дл я

закороченной

неоднородной

линии с Т Ф П . На -

143

п р а в л е н ие легкого намагничивания пленки совпадает с направлением высокочастотного поля. В отличие от од­ нородной линии, зависимости к.с.в. и ф а з ы отраженного сигнала, а следовательно, и компонент входного сопро­

тивления

RBX

И А'ВХ от смещающего поля носят каче­

ственно

иной

характер .

При увеличении

смещающего

поля от нуля

к.с.в. резко

падает, достигая

минимума при

значении поля, соответствующем максимальному вноси­ мому сопротивлению Ятъ а затем возрастает. Чем боль-

5

Ю

15

h

 

Р и с . 1.Ш

 

 

ше величина активной составляющей вносимого от плен­ ки во внешнюю цепь сопротивления, тем при меньших значениях внешнего смещающего поля к.с.в. будет ми­

нимально. Причем, при увеличении Яъп

возрастают

так­

ж е и пределы изменения фазы . Поле,

при котором

ча­

стота ферромагнитного резонанса пленки совпадает с частотой внешнего генератора, имеет величину порядка 1200 А/м.

В процессе проектирования и изготовления регули­ руемой нагрузки на основе тонкой ферромагнитной плен­ ки имеется возможность реализации минимальных зиа-

144

чений

к.с.в.

в достаточно

широком

диапазоне

изменения

смещающих

полей

(или,

что то ж е

 

самое,

в

диапазоне

частот) . Это может быть

 

достигнуто

путем

обеспечения

требуемого

значения

активной

составляющей

вносимого

сопротивления

Яъп

за

счет

изменения

магнитной

массы

пленки. Объем

магнитной

массы

пленки

может

изме ­

няться или за счет вариации геометрических

р а з м е р о в

пленки, например ее длины, или за счет вариации

коли ­

чества

слоев магнитного

материала . Минимальные зна ­

чения

 

к.с.в,

полученные

экспериментально

(рис.

2.51),

равны

1,04—1,06.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость

к.с.в. от

внешнего

магнитного

поля мо­

ж е т

быть использована

д л я

построения

регулируемой

нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

увеличении

 

активной

составляющей

вносимого

сопротивления фаза отраженного сигнала резко возра ­ стает и ее можно изменять в широких пределах при помощи магнитного поля управляющей цепи. Д и с к р е т ­ ный о т р а ж а ю щ и й ф а з о в р а щ а т е л ь в этом случае может быть осуществлен при помощи специально сформиро ­ ванного внешнего управляющего поля. Одио из состоя­ ний в этом случае возможно при нулевом значении управляющего поля и совпадении продольного направ ­

ления пленки с направлением изменения

высокочастот­

ного поля.

Д р у г о е возможное состояние

может

быть

получено за

счет приложения у п р а в л я ю щ е г о поля

вдоль

поперечного

направления пленки.

 

 

Сравнивая

м е ж д у собой зависимости,

приведенные

на рис. 2.49

и

2.51, можно видеть, что в случае исполь­

зования неоднородной линии обеспечивается лучшее вза ­ имодействие магнитной пленки с внешней цепью — по­ лосковой линией, что эквивалентно увеличению значения компоненты вносимого во внешнюю цепь сопротивления.

Однако

необходимо

у к а з а т ь

на

трудности

получения

высоких

значений

 

RBTl

д а ж е

с

высококачественными

пленками- К а к у ж е

указывалось,

одним

из возможных

путей увеличения

влияния Т Ф П

на

внешнюю

магнито-

связанную с ней

радиотехническую

цепь

является при­

менение

многослойных

пленок.

 

 

 

 

2.5.З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Пр е д л о ж е н н ы е математическая модель и эквива ­ лентная схема тонкой ферромагнитной пленки, магнитосвязанной с внешними электрическими цепями, могут

1-45

Смотрите также файлы