Ферритовые устройства СВЧ. Независимые и управляющие устройства с ферритами: устройство на основе эффекта Фарадея, устройства с поперечно-подмагниченными ферритами.

Феррит – магнитодиэлектрический материал (ε_r = 5 – 16, tgδ = 10^-2÷10^-3) с кристаллической структурой, обладающий гиромаг­нитными свойствами, обусловленными особым поведением электро­нов в атомах кристаллической решетки. Различают три разновид­ности кристаллических структур ферритов: структуру шпинели с формулой Ме^IIО·Fе₂Оз, где Me^II — ион двухвалентного металла (Ni, Mn, Cu, Co, Mg и др.), структуру граната (ЗY₂О₃·5Fе₂Оз — железоиттриевый гранат) и гексагональную структуру. Ферриты могут быть поликристаллическими и монокристаллическими. Про­изводство поликристаллических ферритов осуществляют по техно­логии, характерной для керамики: смесь оксидов с пластификато­ром формуют в полуфабрикаты, которые затем обжигают при тем­пературе 1000—1400°С. Ферритовые монокристаллы выращивают по технологии, сходной с технологией изготовления полупроводни­ковых материалов. Наиболее часто применяются образцы ферри­тов в форме стержней круглой или прямоугольной формы, пласти­нок и дисков, а также отполированных сфер небольшого диаметра (около 1 мм) из монокристаллов.

В ферритовых устройствах СВЧ используются гиромагнитные свойства, проявляющиеся при одновременном воздействии на ферритовый образец постоянного и высокочастотного магнитных полей. При таком воздействии связь высокочастотных векторов напряжен­ности магнитного поля Н_вч и магнитной индукции В_вчприобретает сложный характер, описываемый тензором магнитной проницаемости (μ). Если ориентировать постоянное подмагничивающее поле H₁₀ вдоль оси z декартовой системы координат, эта связь принимает вид:

, .

Устройства СВЧ с ферритами могут быть разделены на две груп­пы.

В первую группу выделяют невзаимные устройства — вентили, гираторы и циркуляторы.

Вентиль— четырехполюсник, пропускающий волну в одном на­правлении почти без отражения и без ослабления, но поглощаю­щий волну, распространяющуюся в противоположном направлении. Вентили применяются для защиты генераторов СВЧ от изменений сопротивления нагрузки, для построения развязывающих цепей, в качестве элементов измерительных установок.

Гиратор— невзаимный фазосдвигатель (т.е. нерегулируемый фазовращатель), фазы коэффициентов передачи которого в пря­мом и обратном направлениях различаются на 180°. Гираторы при­меняются как базовые элементы в более сложных невзаимных уст­ройствах.

Циркулятор— согласованный недиссипативный невзаимный многополюсник, в котором передача мощности происходит в одном направлении с входа 1 на вход 2, с входа 2 на вход 3 и т. д. Чаще других применяются 6-полюсные и 8-полюсные циркуляторы, на­пример для одновременного использования общей антенны на пе­редачу и на прием; они используются также в параметрических усилителях, схемах сложения мощностей генераторов и т. д.

Во вторую группу ферритовых устройств выделяют управляю­щие устройства — фазовращатели, выключатели, коммутаторы, пе­рестраиваемые фильтры. Изменение характеристик таких устройств производится регулированием или переключением тока в управляю­щих обмотках. Существуют также ферритовые устройства с магнит­ной памятью, перестройка которых производится подачей одиноч­ных импульсов тока в управляющие обмотки. Подавляющее боль­шинство ферритовых устройств предназначено для сантиметрового диапазона длин волн. Основными достоинствами ферритовых устройств явля­ются возможность работы при высоких уровнях мощности и нечув­ствительность к кратковременным перегрузкам. Недостатки вы­званы зависимостью характеристик ферритовых образцов от темпе­ратуры и трудностями получения высокого быстродействия из-за инерционности управляющих магнитных систем.