CC BY
6
УДК 621.317.784
Вал. С. ВУНТЕСМЕРИ, канд. техн. наук
ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ДЕТЕКТОР СВЧ НА ОСНОВЕ МАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ В КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
Гальваномагнитные детекторы на основе ферромагнитных пленок, работающие в режиме ферромагнитного резонанса, обладают высоким быстродействием, малым значением паразитных сигналов, хорон/ей технологичностью и высокой радиационной устойчивостью, достаточно высокой линейностью по отношению к величине СВЧ-мощности и могут быть успешно использованы для измерения и контроля импульсной СВЧ мощности среднего и высокого уровней [1].
, Рассмотрим гальваномагнитный детектор (ГМД), представляющий собой ферромагнитную пленку (ФМП), свернутую в цилиндр вокруг разрыва центрального проводника коаксиальной линии переда-дачи (рис. 1). Из соображений симметрии постоянное магнитное поле направим вдоль центральной оси коаксиала. В этом случае в тонкой, меньше глубины скин-слоя пленке будет протекать СВЧ-ток, плотность которого
где Р — мощность, проходящая по согласованной коаксиальной линии; —волновое сопротивление линии; б—толщина пленки.
Ток, протекающий в линии, создает в пленке СВЧ магнитное поле, напряженность которого будет линейно изменяться по толщине пленки. Однако поскольку толщина пленки значительно меньше глубины проникновения и нас интересует однородное колебание намагниченности, то достаточно знать среднее по толщине значение напряженности магнитного СВЧ-поля
При колебании вектора намагниченности ФМП под действием СВЧ магнитного поля в результате проявления аномального эффекта Холла и магнитосопротИвления в пленке происходит модуляция удельного сопротивления. А так как в пленке протекает СВЧ-ток той же частоты, то, по существу, пленка представляет собой параметрический етектор, полезным сигналом которого является низкочастотная со-
(1)
^ф ~ Т
(2)
д
ставляющая преобразованного поля. Поскольку фазовый сдвиг межд) напряженностью СВЧ магнитного поля в пленке и током проводимости равен нулю, то согласно,работе [2] преобразованное поле выразится как
Яо-т^Ч^"^^") ' (3)
где Др — анизотропия магнитосопротивления; М0 — намагничен ность насыщения пленки; — постоянная аномального эффекта Хол"
(а,МП В
Рис. 1. Магнитная пленка в коаксиальной линии передачи
740
Рис. 2. Зависимость ЭДС, снимаемой с пленки, от напряженности постоянного магнитного поля /=2,5 гГц; Р=500 мВт
ла; Я — радиус' центрального проводника коаксиала; х' к" — соответственно" действительная часть диагональной и мнимая часть недиагональной компоненты тензора магнитной восприимчимости ФМП, ко-
торые для области частот со
со,
и а <С 1 выражаются как
и =
£
кГ =
_1_ а
I
I
(4)
здесь со_
-- . + 12' н — н
ц07УИ0; | = 2 — обобщенная расстройка по маг-
нитному полю; Н — напряженность внешнего магнитного поля; Нр — напряженность резонансного поля; 2ДН — ширина резонансной кривой; 7 — гиромагнитное отношение электрона; а — постоянная затухания ФМП.
Подставляя значение выражений (1), (2), (4) в (3), после очевидных преобразований получим поле детектирования
1 • < ИрУ
(5)
Интегрируя равенство (5) вдоль пленки между контактами съема ЭДС и относя полученную ЭДС к проходящей мощности, в случае незначительного затухания, вносимого пленкой, окончательно получим
коэффициент преобразования детектора К = <----
2лА'Ч7 а 1 + I*
| М' Ар » /?1 \ \ ю Р Р )
Л
Используя выражение (1), нетрудно найти коэффициенты влияния /CBK = 2lge{-E* + 2K(l +/С)5* + 2£»|(1 + К)2-Кс1 + Ю + KY + ч- Kol (/С2 — 1 — /Сс)> А-1; Кек<1 = 21g е{— — 2£2 (1 + А ~ R* + 2£* ((1 + К)8—+ i(l-+ К)* + Kl]*} lg [J^ +
Б* 1(1 +K)*-Kj\
+ 2КЧв I
(1 +К)г+К\
2КК,
(4)
В частном случае, на центральной частоте полосы пропускания соотношения для относительного изменения вносимых потерь имеют вид
AL . К2 — 1 — Ке
— -Igr-
Ä.
' а: • l ~lge д0
Ме
Д„ = |(1 + К)2 + Kcl lg
(1 + ку + Kl
'¿К К г
(5)
По этим формулам можно рассчитать и построить ряд номограмм, облегчающих отыскание соотношений между относительным измене-
но М
Рис. 1. Зависимости изменения вносимых потерь при вариации коэффициентов взаимной связи резонаторов (а) и коэффициентов связи резонаторов с подводящими линиями передачи (б) в случае К = 5
нием вносимых потерь фильтра и вариацией коэффициентов связи К и Кс- Так, в случае К = 5 такие номограммы имеют вид, представленный на рис. 1. Используя зависимости, описываемые соотношениями (5), можно наилучшим образом распределять допустимые погрешности между коэффициентами связи, поскольку критичность изменения вносимых потерь неодинакова для разных значение^ К и Кл.
где/р—удельное объемное сопротивление пленки; Ra —поверхностное сопротивление пленки.
Экспериментальные исследования проводились в коаксиальной линии 10 X 4,34 мм2. В качестве чувствительного элемента использовалась пленка состава 80 Ni—20 Fe с параметрами: Ар/р= 6Х Х10-3; а = 7.Ю-3, Rn = 7,3 Ом; М0 = 7.105 А/м. Экспериментальная зависимость ЭДС от напряженности магнитного поля па частоте 2,5 ГГц, при уровне мощности 500 мВт представлена на рис. 2. Как видно, зависимость имеет ярко выраженный дисперсионный характер, причем ее максимумы отмечаются незначительно, что подтверждает основной вклад в это явление магнитосопротивлений и незначительный .»вклад аномального эффекта Холла.
1. А. с. 357530 (СССР). Измеритель мощности/ А. А. Бокринская, В. С. Вун-тесмери. — Опубл. в Б. и., 1972, № 33. 2. Вунтесмери В. С. Детектирование на основе гальваномагнитных явлений в ферромагиятных пленках.— Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1976, XIX, № 2, с. 10.
Поступила в редколлегию 02.09.82
УДК 621.373.826
В. С. ГАСЮК. студ., J¡. К. ЯРОВОЙ, мл. науч. сотр.
УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АПЕРТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ
Рассмотрим установку для измерения апертурных характеристик оптических волноводов (ОВ), числовой апертуры (NA), диаграммы направленности световод», распределения интенсивности излучения в ближней и дальней зонах световода (рис. 1). Установка предназначена для работы в производственных условиях и лабораторных исследований ОВ
Источником излучения в установке служит Не—Ne лазер 1, излучение от которого, пройдя модулятор 2 и диафрагму 3, фокусируется на входном торце ОВ 6 с помощью сменного объектива 4. Концы измеряемого ОВ закреплены на микрометрических столиках 5 и 7, а входной коней ОВ расположен, кроме того, на поворотном столе. Для сканирования диаграммой направленности ОВ апертуры 10 фотоприемника // используется вращающееся зеркало 9. Такой метод снятия диаграммы направленности, по сравнению с традиционно используемыми в апертурных измерениях II, 21, позволяет упростить механический привод и автоматизировать процесс измерения. Относительная погрешность измерения апертурного угла — бос при выбранном методе определчется "выражением 6а = (a sin а)'(а + a sin а). Здесь а — истинный угловой размер диаграммы направленности; а = /х//2 — расстояние от торна ОВ до оси вращения зеркала; /2 — расстояние от оси вращения зеркала до диафрагмы 10 фотоприемника 11). В установке погрешность 6а не превышает 1 %.
Привод механизма поворота зеркала связан с оптоэлектронным датчиком угла 8. Регистрация распределения интенсивности излучения в дальнем поле J (а) и сигнала датчика угла производится двух-лучевым запоминающим осциллографом 13 и самописцем 14.
