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.

Рассмотрим 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, имею щих 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:

где 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.

Для 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.