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: 93

Скачиваний: 0

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

намагниченности пленки. Ка к у ж е отмечалось выше, при определенных рабочих р е ж и м а х , которые широко исполь­ зуются в радиотехнических устройствах на основе Т Ф П , динамические свойства пленок с хорошим приближением можно аппроксимировать с помощью модели однород­ ного вращения намагниченности.

При анализе процессов, связанных с однородным вращением вектора намагниченности, обычно исполь­

зуется

уравнение Л а н д а у — Л и ф ш и ц а

или его

модифи­

кация,

предложенная

 

Гильбертом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

— Т

 

[ M X H J + ,

М X

 

dt

 

 

 

(1.13)

где

М — вектор

намагниченности;

у—

гиромагнитное

от­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ношение,

 

а — феномено­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

логическая

 

постоянная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

затухания; Я •— общее эф ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фективное

 

магнитное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ж и л л е т т е и О ш и м а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[17]

показали,

что дл я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

однодоменной

пленки

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

внешними

полями,

дейст­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вующими

в ее

плоскости,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение (1.13) в коор­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

динатах

 

вращения

углов

 

 

Р и с .

1.4

 

 

 

 

 

Q и ф

(рис. 1.4)

преобра­

 

 

 

 

г d4

 

 

 

 

зуется

к

виду

 

 

 

 

 

 

(1 -)- а )

 

-

^

- £

+

tfKsinecose

+

 

 

 

 

 

 

Mi

 

^

+

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

1

 

f

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ Has\n9-HTcosB

 

= 0,

 

 

 

 

(1.14)

где

( l + a 2 ) / A f y 2

характеризует момент

 

инерции

 

носите­

лей магнетизма в единице объема пленки, а а/у

— вели­

чину момента трения в единице объема

пленки.

 

 

Уравнение

 

(1.14),

о т р а ж а ю щ е е

динамику

 

пленки,

есть

уравнение

механических

моментов,

действующих на

магнитный момент

 

 

пленки.

Математическая

 

модель

пленки

(1.14) о т р а ж а е т

ее динамические

свойства. Эта

модель в дальнейшем будет использована дл я создания эквивалентной схемы замещения тонкой ферромагнитной пленки, магнитосвязанной с внешними элементами радиотехниечских цепей, В качестве внешних элементов могут быть использованы катушки индуктивности, отрез­ ки полосковых и волноводных линий и т. п.

16

1.5. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА МАГНИТОСВЯЗАННОЙ ПЛЕНКИ

Взаимодействие пленки с внешними электрическими цепями осуществляется за счет магнитных полей, кото­

рые

формируются в зависимости от частотного диапа ­

зона

либо многовитковыми катушками индуктивности,

либо отрезками полосковых и коаксиальных линий, либо волноводов.

Так как пленка обладает двумерной конфигурацией, то для управления состоянием ее намагниченности часто используются ортогональные поля, ориентированные в направлениях, совпадающих с направлениями легкого и трудного намагничивания пленки. Ортогональность по-

Ло&ложка

 

1

^

ГМагнцтосвязан^

£

^

 

1

 

 

I

пая

\

у

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t'

l

 

 

 

 

 

 

Пленка

 

 

 

]^

пленка

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

hi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р и с .

1.5

 

 

 

 

 

 

лей

позволяет р а з в я з а т ь

м е ж д у

собой

входные

и

выход­

ные

внешние

цепи,

магнитосвязаиные

с

пленкой.

 

П о л я ,

ориентированные произвольно

по

отношению к

легкому

и трудному

направлениям, могут

быть

р а з л о ж е н ы на

составляющие по этим направлениям .

 

 

 

 

 

Не н а р у ш а я общности рассуждений, магнитосвязан -

ную

пленку

можно

представить

в виде

четырехполюс­

ника (рис. 1.5,а), где пленка связана с ортогональными обмотками, которые на соответствующих частотах могут быть заменены полосковыми, коаксиальными или волно-

водными

системами.

 

 

Д л я

пленок, напыленных на

подложку, коэффициент

заполнения много меньше единицы, поэтому,

пренебре­

гая частью воздушного потока,

определяемого

объемом

пленки, представим взаимодействие пленки с внешними

цепями в виде, показанном на рис. 1.5,6. Пунктиром

вы­

делена часть внешней

цепи, куда вносятся э. д. с. ~*¥л и

Ч'т, характеризующие

реакцию пленки. Выделенный

че-

 

! Oi.-. ?'уол::ч11йл

17

 

научно-тОлНИ'-'эс-'ял

 

 

библиотека СГ С.~ t

 

ЭКЗЕМПЛЯР j ЧИТАЛЬНОГО К.4ЛА

тырехполюснпк — эквивалентная

схема

магнитосвязан-

ной

пленки. Значения

4 я л

и Чт?

зависят

как от

пленки,

т а к

п от внешних цепей и

могут быть

определены

экс­

периментально.

При

удалении

пленки ~*¥л = X F T = 0.

Д л я

коэффициента

заполнения,

близкого к

единице

(напри­

мер, для пленки, напыленной на

м е т а л л ) , в ряде

случаев

можно пренебречь воздушными индуктивнсстями внеш­ них магнитосвязаииых с пленкой цепей.

Чтобы получить эквивалентную схему магнитосвязаиной пленки, необходимо в уравнении (1.14) перейти от

переменной 6 к

переменной х ¥ [18]. В этом

случае па­

раметры уравнения будут иметь

размерность

емкости,

индуктивности

и проводимости,

которым

в

исходном

уравнении (1.14) соответствуют момент инерции, вос­ станавливающий момент и момент трения. Процесс пе­

рехода от (1.14) к электрической эквивалентной

схеме

более

подробно рассмотрен в приложении 1.

 

 

В результате замены переменных уравнение

(1.14)

для

магнптосвязанной

пленки

может

быть

записано

в следующем виде:

 

 

 

 

 

 

С Д Т + О Д т +

^ - l

I f T =

^от +

/ т .

(1.15)

Здесь обозначено: ¥ т и WT — первая и вторая производные потокосцепления по времени;

С т = ( 1 + a 2 ) / M T 2

/ / F 0 T ,

(1.16)

С т

=

а / т / / 1 ' 0

г ,

(1.17)

£ , к

=

/ Л т / # к

(1-18)

— параметры эквивалентной схемы ТФП, имеющие соот­ ветственно размерность емкости, проводимости и индук­ тивности;

 

U

- МГ-НК

! _ ф 2

+ 1

Ф т

=t

 

 

±

[Аол +

Ал (Щ ( 1 - Ф ? ) ^ +

[А0 т

+ /гт (Щ Ф т ,

(1.19)

где Ф т =

cos б,

Ф л

=

sin б — относительные

составляющие

потокосцепления,

Л 0

л =

Н0х/Нк,

/г0 т =

Н0у/Нк

— относи­

тельные

составляющие

постоянносмещающих

полей,

/гл (t) = /гх

(t)/HK,

 

/гт

(t)

= hy {t)lHK

— относительные со­

ставляющие переменных

полей;

 

 

 

 

 

 

 

 

<Уог = J o y / o y / / y

 

 

 

(1-20)

18

— приведенное

значение тока, причем

J 0 j , — ток, создаю ­

щий

постоянносмещающее

поле

Нйу

вдоль

трудной оси

пленки;

i.r

— переменная составляющая тока,

создающая

поле hy(t)

 

=

fyiT.

 

 

 

 

 

Подобным

ж е образом

может быть получено уравне ­

ние и для компоненты потокосцеплеиия Ч-Г л

вдоль

лег ­

кой

оси

(см. П. 1.9) Существующая связь м е ж д у Ч'т и.

х ¥ л

позволяет

в случае необходимости

в ы р а ж а т ь эквива ­

лентную схему пленки как через

составляющую х ¥ л ,

т а к

п через составляющую X FT .

 

 

 

 

 

Уравнение

(1.15) о т р а ж а е т

динамические процессы

в ТФП ,

магнитосвязанной

с электрической

цепью,

под

действием

переменного

магнитного

поля

этой

цепи.

Уравнению (1.15) соответствует эквивалентная электри ­

ческая схема

пленки в виде колебательного

контура

с сосредоточенными параметрами . Этот контур

нелиней­

ный, так как

его параметры зависят от переменной со­

стояния и от внешних полей. Т а к а я с л о ж н а я эквивалент ­ ная схема может быть использована дл я исследования радиотехнических устройств с Т Ф П , но практически это

можно делать л и ш ь

с помощью Ц В М . Д л я

аналитиче ­

ского расчета уравнение (1.15) непригодно.

 

 

 

Следует отметить, что уравнение (1.15) получено в

предположении, что

внешнее

магнитное

поле

пленки,

создаваемое радиотехнической

цепью, л е ж и т

в

ее

пло­

скости. Это весьма существенно упрощает данное

у р а в ­

нение.

 

 

 

 

 

 

При произвольной ориентации внешнего поля отно­

сительно поверхности

пленки

уравнение

(1.15)

и

соот­

ветствующая ему эквивалентная схема у с л о ж н я ю т с я . Кроме того, весьма сложной оказывается и з а д а ч а опре­ деления структуры внешнего поля в пленке, создавае ­

мого

радиотехнической

цепью. П о л е в пленке м о ж е т

быть

строго определено

из решения уравнений М а к с в е л ­

л а дл я соответствующих электрических цепей с учетом граничных условий на поверхности раздела диэлектрик — ферромагнитный материал . Решение электродинамиче ­

ской задачи при произвольной

геометрии электромагнит ­

ной цепи

и магнитного образца

представляет технически

сложную

проблему. З а д а ч а еще более усложняется при

использовании открытых систем С В Ч полосковых линий и резонаторов, которые трудно поддаются точному рас­ чету д а ж е в отсутствие неодиородностей. Таким обра-

19

Смотрите также файлы