1.3.2. Измерение магнитной проницаемости феррита
В работе измеряются зависимости компонентов тензора магнитной проницаемости феррита от напряженности подмагничивающего поля. Метод основан на измерении различия скалярной магнитной проницаемости феррита для правой и левой круговых поляризаций высокочастотного магнитного поля. Это различие приводит к тому, что резонатор с ферритовым образцом, помещенным в область магнитного поля с круговой поляризацией, имеет различные собственные частоты колебаний для противоположных направлений поляризации.
Р
ассмотрим
полый цилиндрический резонатор, в
котором возбуждаются колебания вида
.
Эпюр электромагнитного поля этого вида
колебаний в цилиндрическом резонаторе
и положение образца в нем представлены
на рис. 1.4. Цилиндрический образец в
резонаторе сориентирован параллельно
силовым линиям электрического поля.
Собственная частота колебаний вида определяется по формуле
где
– радиус резонатора,
– скорость света. Как видно на рис. 1.4,
магнитное поле на оси резонатора
поляризовано линейно в плоскости
.
Колебания с линейной поляризацией
магнитного поля можно рассматривать
как суперпозицию двух колебаний с
круговой поляризацией, имеющ
их
равные амплитуды и противоположные
направления вращения вектора
(рис. 1.5). Собственные частоты этих
колебаний одинаковы, т. е. они вырождены.
Пусть вдоль оси резонатора помещен
продольно намагниченный ферритовый
цилиндр малого радиуса
,
где
– радиус резонатора. Магнитная
проницаемость такого цилиндра для
право- и левополяризованных колебаний
оказывается различной, что приводит к
снятию вырождения, т. е. собственные
частоты этих видов колебаний оказываются
различными. По изменению частот
колебаний, соответствующих различной
поляризации, можно определить
действительные части компонент тензора
,
а по изменению добротностей – мнимые.
Решая соответствующую электродинамическую задачу, получаем следующее выражение для тензора магнитной проницаемости:
– для действительных частей компонентов тензора
– для мнимых частей компонентов тензора :
В приведенных выражениях использованы следующие обозначения:
г
де
и
– собственные частоты резонатора с
ферритовым образцом, соответствующие
право- и левополяризованному видам
колебаний;
– собственная частота пустого резонатора;
и
– добротности резонатора с ферритом
на соответствующих видах колебаний;
– добротность пустого резонатора.
Д
ля
вычисления компонентов тензора магнитной
проницаемости необходимо определить
значения резонансных частот и добротностей
высокочастотного и низкочастотного
резонансов измерительного резонатора
с намагниченным ферритовым образцом
(рис. 1.6). Чтобы
уменьшить погрешность определения
резонансных частот, используется метод
«вилки».
Таким образом, процесс определения тензора сводится к измерению четырех частот, соответствующих склонов характеристик резонансов. Частоты и добротности определяются с помощью соотношений:
Следует отметить, что за счет различных неоднородностей (петли связи, неидеальная форма) в резонаторе возбуждаются колебания эллиптической поляризации. Эти колебания можно рассматривать как суперпозицию двух колебаний, с противоположными направлениями круговой поляризации. В идеальном резонаторе данные колебания вырождены, однако за счет погрешностей изготовления и неоднородностей вырождение снимается. Это обстоятельство увеличивает погрешность измерения. Поэтому в конструкции резонатора используются настроечные винты, расположенные в области максимального электрического поля, служащие для подстройки собственных частот вырожденных колебаний.