Ферриты

Нельзя допускать непосредственные удары по сердечникам и их падение  с высоты на жесткое основание, так  как при этом может произойти  значительное необратимое изменение  значения начальной магнитной проницаемости.

При кратковременном воздействии  повышенной и пониженной температур и при температурных циклах могут  быть остаточные изменения магнитной  проницаемости.

При увлажнении ферритов более  чем на 5% могут незначительно  возрасти магнитные потери на средних  и высоких частотах из-за изменения  электропроводности ферритов и диэлектрических  потерь. При использовании ферритов с обмоткой на частотах 3МГц и  более изменение диэлектрических  характеристик при увлажнении вызывает изменение электромагнитных параметров из-за изменения собственной емкости  и ее потерь. Вследствие этого при  использовании ферритов на частотах свыше 3 МГц в условиях повышенной влажности рекомендуется применять  герметизацию.

Ферриты обладают временной  нестабильностью магнитной проницаемости, которая проявляется в спаде  значения магнитной проницаемости  при длительном воздействии положительных  температур или длительном хранении.

Чтобы найти магнитную  проницаемость намагниченного феррита, необходимо установить связь между  напряженностью магнитного поля и магнитной  индукцией. Это можно сделать  с помощью уравнения (2.9).

                                                                                                    (2.9)

Пусть феррит наряду с постоянным магнитным полем                  воздействует переменное поле с произвольно ориентированным вектором напряженности                        . Результирующее поле выражается векторной суммой

                                                                                                    (2.10)

 

а уравнение для вектора  магнитной поляризации согласно (2.9) примет вид 

                                                                                                    (2.11)

 

Допустим, что феррит намагничен постоянным магнитным полем до насыщения, т.е. магнитные моменты всех атомов параллельны  между собой и направлены вдоль  поля       . Следовательно, в отсутствие переменного поля вектор магнитной поляризации         будет направлен так же, как и вектор       :

 

 

Если теперь к намагниченному ферриту приложить слабое переменное поле с амплитудой

                                                                                                     (2.12)

то оно вызовет отклонения магнитных  моментов атомов от положения равновесия в такт с приложенным полем. Это  приведет к появлению переменной составляющей вектора магнитной  поляризации           Поэтому решение уравнения (2.11) целесообразно искать в виде

                                                                                                    (2.13)

Очевидно, что в силу неравенства (2.12) имеем

                                                                                                    (2.14)

Подставим (2.13) в (2.11):

 

                                                                                                    (2.15)

Решая это уравнение относительно переменной составляющей вектора магнитной  поляризации, установим сначала  связь между          и       на частоте ɷ, а затем найдем зависимость магнитной индукции от напряженности поля.

Выполняя в  (2.15) дифференцирование  и пренебрегая в силу (2.13), (2.14) слагаемым                              получаем после сокращения на временной  множитель

                                                                                                     (2.16)

Подставим в (2.16) векторы         и       через их проекции на оси x, y, z и после вычисления векторных произведений, приравняем одноименные составляющие:

 

                                                                                                     (2.17)

 

 

 

Система уравнений (2.17) дает возможность определить проекции вектор

С учетом обозначений

 

получим:

 

                                                                                                     (2.18)  

 

Комплексная амплитуда переменной составляющей магнитной индукции определяется равенством:

                                                                                   

Из этого равенства вытекает, что:

     

                                                                                                     (2.19)

 

 

Принимая во внимание (2.18) и группируя коэффициенты при одноименных проекциях вектора       окончательно получаем:

 

                                                                                                      (2.20)

 

 

Отсюда видно, что магнитная проницаемость  намагниченного феррита является тензорной  величиной. Сопротивление (2.20) дает для компонент тензора соотношения:

 

                                                                                                   

 

                                                                                                             (2.21)

Так как                                                     введем обозначения:

 

                                                                                                    (2.22)

 

С учетом этих обозначений  имеем:

 

                                                                                                    (2.23)

 

 

или

 

 

где

                                                                                                    (2.24)

 

 

 

- тензор магнитной проницаемости.

Компоненты тензора (2.24) являются функциями  постоянного магнитного поля          Можно показать, что при изменении направления этого поля на обратное (т.е. при                                 изменяет знак компонента а.

Так как диэлектрическая  проницаемость намагниченного феррита – скалярная величина, то для намагниченной ферритной среды, свободной от источников поля, система уравнений Максвелла в установившемся режиме имеет вид:

 

 

 

В декартовой системе координат  эти уравнения с учетом (2.23) запишутся  следующим образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Продольное распространение в феррите

 

Пусть электромагнитная волна распространяется в направлении постоянного магнитного поля                     Так как напряженность поля вдоль координат х и у не изменяются, то

                                                                                                     

                                                                                           

Мы должны определить все  основные характеристики электромагнитных волн: поляризацию, фазовую скорость, волновое сопротивление. 

Для этого запишем уравнения  Максвелла.

                                                   

                                                                                                               (4.1)

 

Перейдем к скалярной  форме записи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из этой системы сразу следует, что электромагнитная волна носит  поперечный характер, т.к.

 

                                                                                                                      (4.2)

Запишем проекции                       для плоской волны (рисунок 4)

               

 

 

 

 

 

                              Рисунок 4

 

 

                                                                                                                       (4.3)

 

Подставляя (4.3) в (4.2), получим

 

                                                                                                                       (4.4)

                                                                                                                        

Подставляем                                   в уравнения системы (4.4), выражаем

 

                                                                                                                      (4.5)

Из второго уравнения  выражаем         и  подставляем в первое (4.5).

В результате получим

                                                                                                            (4.6)

откуда волновое число

                                                                                                            (4.7)

Подставим поочередно                в уравнение (4.5). Получим

                                                                                                            (4.8)

 

 

С учетом (4.5) из (4.3) получаем:

 

 

 

 

 

 

Перейдем к реальным частям комплексных векторов.

 

                                                                                                                   (4.9)

 

 

                                                                                                                  (4.10)

 

 

Видно, что плоская линейно-поляризованная электромагнитная волна, попадая в  намагниченный феррит разлагается на две волны с круговой поляризацией с противоположным направлением вращения векторов. Одну из них описывает система (4.9), другую (4.10).

У этих волн будут различны фазовые скорости.

                                                                                                                  (4.11)

                    

                                                                                                                  (4.12)

 

Видим, что феррит – среда дисперсионная, так как       и а  являются функциями частоты. Рассмотрим случай, когда в феррите существуют обе описанные волны.