Феритові резонатори

Феритовий резонатор (ФР) – це тіло малого (частіше 0,2…2,0 мм³) об’єму з монокристалічного фериту, намагніченого постійним магнітним полем до насичення, що взаємодіє з НВЧ магнітним полем, частота якого дорівнює частоті феромагнітного резонансу.

Ненасичені ФР не використовують через великі втрати та інерційність процесів намагнічування доменів. Збільшення кута прецесії спінового моменту електронів під час резонансу не супроводжується збільшенням втрат у монокристалі (як це буває в полікристалічних феритах). Чим більший кут прецесії спінового магнітного моменту електронів, тим більше енергії запасено в резонаторі через її споживання від джерела поля НВЧ та тим більша добротність ФР.

У техніці НВЧ використовують такі властивості ФР: високу частотну вибірковість, зумовлену резонансним характером взаємодії магнітних спінів електронів з полем НВЧ; можливість перестроювання резонансної частоти в широких межах зміною намагнічувального поля; різну взаємодію з полями колової поляризації протилежного напрямку обертання; нелінійність характеристик, що виявляється в разі збільшення рівня потужності вище певного граничного.

Широко застосовують поліровані ФР сферичної форми діаметром 0,3…1,0 мм із монокристала ЗІГ, що має найвужчу резонансну криву: DН = 15 А/м. На практиці застосовують і резонатори з DН = 20...200 А/м.

Як приклад на рис. 1.67 схематично показано ЗІГ-резонатор, поміщений між двох ортогональних петель (1-вхід, 2-вихід), зв’язок між якими у смузі пропускання має місце тільки для резонансного значення намагнічувального поля Н₀.

Для одержання великих значень добротності (до 10 000) сфери ретельно обробляють і полірують до 13 – 14-го класу шорсткості поверхні.

Феритовий резонатор – єдиний вид резонаторів НВЧ, резонансна частота ¦₀ якого не залежить від розмірів. Вона визначається тільки напруженістю постійного намагнічувального поля:

¦₀ » 0,035Н₀, (1.63)

де ¦₀ – частота, МГц; Н₀ – напруженість магнітного поля, А/м.

Для керування ЗІГ-резонаторами використовують електромагніти з плоскими полюсами, зазор між якими становить 2...3 мм. Важлива властивість ЗІГ-резонаторів – лінійна залежність частоти резонансу від напруженості намагнічувального поля. Це явище використовують для електронного перестроювання резонаторів.

Щоб запобігти паразитній частотній модуляції (ЧМ), у живиль-ному струмі не має бути пульсацій, а виводи обмотки намагнічування потрібно екранувати.

Недолік ФР – залежність резонансної частоти від температури (зі зростанням температури збільшуються втрати та знижується частота феромагнітного резонансу). У сантиметровому діапазоні резонансна частота може змінюватися на одиниці мегагерц зі зміною температури в межах від 20 до 60 °C. Підбором певної орієнтації ФР в полі Н₀ можна послабити цю залежність.

Висновки

У діапазоні НВЧпрактично неможливо застосовувати LC-контури через різке зниження добротності та труднощі їх виготовлення.

Резонатори НВЧ застосовують як коливальні системи активних пристроїв (генераторів, підсилювачів), як ланки фільтрів і в резонансних хвилемірах. Розрізняють резонатори на основі ЛП та твердотільні.

Резонатори НВЧ на основі ЛП можуть бути регулярними (простої форми) і нерегулярними (складної форми). Резонатори простої форми – це відрізки ЛП, закорочені з двох боків (об’ємні, з відрізків хвилеводів) чи з одного боку (коаксіальні та смужкові) або відкриті з двох боків (смужкові). Резонатори складної форми – це комбінація відрізків коаксіалу з дискретною ємністю чи ємнісним зазором. До твердотільних резонаторів відносять діелектричні та феритові – намагнічені сфери ЗІГ.

Основні параметри резонаторів – резонансна частота й добротність.

Головна відмінність регулярних НВЧ резонаторів від коливальних LC-контурів – безліч резонансних частот.

Залежно від конструкції резонаторів перестроювати та підстроювати їх можна такими способами:

· механічно – зміною їх розмірів, уведенням металевих, діелектричних або феритових тіл;

· електрично – за допомогою варакторного діода, підключеного до центрального провідника коаксіалу (смужки); ЗІГ-резонатори можна перестроювати в смузі частот декількох октав зміною постійного намагнічувального поля.