Гиротропные среды в технике СВЧ. Малков Н.А. - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ВВЕДЕНИЕ
Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны (эффект Фарадея) является характер-
ным признаком гиротропных сред. К таким средам относятся все среды, параметры которых описыва-
ются асимметричным тензором проницаемости (диэлектрической или магнитной). Например, для маг-
нитной проницаемости
µ
µµ
µ−µ
=µ
z
a
a
j
j
00
0
0
t
.
Впервые гиромагнитные явления были обнаружены в оптике при прохождении света через диэлек-
трик, помещенный в магнитное поле. Однако наиболее сильно проявляются магнитооптические явления
в ферромагнитных материалах. Угол поворота плоскости поляризации в прозрачных тонких ферромаг-
нитных пленках на несколько порядков выше, чем в неферромагнитных материалах.
Решающее значение для практического использования гиромагнитных эффектов имело исследова-
ние свойств и овладение технологией изготовления ферритов, т.е. ферромагнитных диэлектриков или
проводников. Их слабая проводимость (в 10
11
…10
13
раз меньше, чем у ферромагнитных металлов)
обеспечивает относительно малые потери и затухание электромагнитных волн, позволяя в наиболее
чистом виде реализовать взаимодействие электромагнитных колебаний с ферромагнитной средой. С
этим связано широкое использование многочисленных ферритовых устройств в технике сверхвысоких
частот (СВЧ). Использование ферритов позволяет создать такие элементы электрической цепи, которые
отличаются необратимостью (не удовлетворяют принципу взаимности) и высокой скоростью управле-
ния режимом цепи: быстродействующие переключатели, циркуляторы, модуляторы, перестраиваемые
по частоте фильтры, ослабители, смесители, генераторы, преобразователи частоты, параметрические
усилители и прочее. По этой причине свойства гиротропных сред в дальнейшем целесообразно излагать
применительно к ферритам.
1 МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТОВ
1.1 ПРИРОДА МАГНЕТИЗМА
Магнитные свойства веществ определяются величиной и характером взаимодействия магнитных
моментов атомов или ионов, из которых они образованы.
Элементарными носителями магнетизма в атоме являются электроны и ядро. Ядерный магнетизм
дает весьма малый вклад в магнитные свойства веществ и им, как правило, пренебрегают. Магнитный
момент многоэлектронного атома обусловлен геометрической суммой спиновых и орбитальных момен-
тов всех его элементов.
Спиновый магнитный момент электрона
S
m
r
, как и его механический момент импульса (спин) S
r
, сле-
дует рассматривать как свойство, присущее этой микрочастице (подобно заряду и массе). Векторы
S
m
r
и S
r
связаны через коэффициент пропорциональности
S
γ
– 1,76⋅10
11
Кл/кг, называемый гиромагнитным отно-
шением электронов, т.е.
Sm
SS
v
r
r
γ−=
. (1.1)
Орбитальный магнитный
r
m
r
и механический
r
p
r
моменты электрона обусловлены его движением по
замкнутой орбите вокруг ядра.
В свободном атоме орбитальное движение электронов может давать существенный вклад в его пол-
ный магнитный момент. В твердом теле магнитный момент иона
и
m
r
определяется не только электрона-
ми, принадлежащими данному иону, но и их взаимодействием с другими ионами. В результате этого
взаимодействия вклад орбитальных магнитных моментов электронов уменьшается, а иногда оказывает-
ся пренебрежимо малым. Поэтому магнитные моменты ионов твердых тел в основном определяются
суммой спиновых магнитных моментов электронов. Существенную роль при этом играет распределе-
ние электронов по энергетическим уровням атома.
Рассмотрим в качестве примера заполнение электронами энергетических уровней в атоме железа,
имевшего в периодической системе элементов Д.И. Менделеева атомный номер 26 и входящего в груп-

Страницы