которого, а следовательно, и значение подмагничивающего поля можно регулировать.

При возбуждении ГР СВЧ электромагнитным полем в нем наблюдается ферромагнитный резонанс, если частота возбуждающего поля / равна резонансной

/o = YЯ^ (3.25)

где у = 35,18 МГц/(кА/м) = 2,8 МГн/Э - гиромагнитное отношение электрона.

На частотах в малой окрестности /о ГР ведет себя как параллельный колебательный контур. При / = /о реактивное сопротивление, вносимое ГР в PC, становится равным нулю, а эквивалентное активное сопротивление, напротив, очень большим. Перестройка PC происходит за счет сильной зависимости вносимого ГР реактивного сопротивления от частоты вблизи /о-

Основным видом колебаний при ферромагнитном резонансе является однородная прецессия спинов электронов в незаполненных ядерных оболочках. Для возбуждения только этого вида необходимо, чтобы магнитные поля (и постоянное подмагничивающее и СВЧ возбуждающее резонатор) были в объеме ферритового образца однородны. Это возможно, если резонатор будет иметь форму эллипсоида вращения (например, шара для однородности постоянного поля Я), а его размеры будут малы по сравнению с длиной волны (для однородности СВЧ-поля).

Как видно из (3.25), резонансная частота ГР, имеющих форму шара, зависит только от внешнего подмагничивающего поля, *> причем эта зависимость линейна. Отсутствие зависимости /о от намагниченности насыщения феррита позволяет обеспечить достаточную температурную стабильность резонансной частоты, а следовательно, и частоты генерации.

Промышленностью выпускаются шаровидные ГР как из монокристаллов со структурой граната, так и из монокристаллов со структурой шпинели. В основном используют железо-иттриевые (ЖИГ) и кальций-висмут-ванадиевые (КВВГ) гранаты.

При тщательной полировке поверхности шаровых ГР диаметром ~ 1 мм в сантиметровом диапазоне ширина частотной резонансной кривой (при № == const) составляет

*) Частота ферромагнитного резонанса в образцах, имеющих форму эллипсоида вращения, определяется внутренним полем подмаг-ничивания, которое в свою очередь зависит и от намагниченности образца,

яа половине высоты максимума 1 - 2 МГц, что обеспечивает собственную добротность ГР Qo = Ю* Ю^- Изменяя Н^, можно перестраивать частоту автогенераторов в диапазоне двух-трех октав. ГР можно использовать на частотах от 1 до 40 ГГц. При более низких частотах из-за роста потерь уменьшается собственная добротность ГР. При более высоких - чрезмерно увеличивается требуемое поле электромагнита и, следовательно, становятся большими его масса и габариты.

Если для создания высокодобротных ГР использовать ферриты с гексагональной структурой и большим внутренним полем анизотропии, то высокочастотный диапазон расширяется. Это обусловлено тем, что такие ГР настраивают на заданную частоту суммарным магнитным полем: анизотропии и внешним, добавляемым электромагнитом.

К сожалению, ГР могут работать только до мощностей порядка нескольких десятков милливатт. При больших уровнях мощности свойства монокристаллических ферритовых образцов ухудшаются из-за нагрева, в них также возникает эффект дополнительного нелинейного поглощения, который приводит к уменьшению добротности ГР.

Глава 4

ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОРНЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

§ 4.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Генераторы независимого возбуждения, в которых применены PC, имеют узкую полосу рабочих частот, что является недостатком, обусловленным частотными характеристиками именно резонансных систем. Автогенераторы с PC также имеют общий недостаток: изменение их частоты возможно лишь при перестройке PC. Такая перестройка обычно осуществляется механически и имеет малое быстродействие.

Этих недостатков можно избежать, если использовать замедляющие систем (ЗС), в которых обеспечивается длительное взаимодействие электромагнитной волны с электронным потоком (см. гл. 2).

Если фазовая скорость электромагнитной волны не изменяется в широкой полосе частот, то генераторы независимого

возбуждения с такой ЗС при постоянной скорости электронного потока будут широкополосными. В автогенераторах с ЗС появляется возможность быстро перестраивать частоту генерации, изменяя ускоряющее электроны напряжение, если фазовая скорость электромагнитной волны ЗС зависит от частоты.

ЗС представляют собой линии передачи СВЧ, в которых граничные условия для электромагнитных колебаний путем введения металлических неоднородностей периодически меняются в направлении распространения электромагнитной волны. Такая периодичность позволяет рассматривать ЗС как совокупность одинаковых ячеек, расположенных по ее длине на одном и том же расстоянии друг от друга (п е-риоде системы L).

Внутри каждой ячейки создают емкостные зазоры между хорошо проводящими металлическими элементами конструкции. Высокочастотное электрическое поле в зазорах должно быть направлено параллельно движению электронного потока и иметь достаточно большую напряженность, обеспечивая эффективное торможение электронов.

Поскольку ячейки ЗС совершенно одинаковы, распределение компонент электромагнитного поля в них также одинаково. При этом поля в точках, отстоящих друг от друга на расстояние L, сдвинуты по фазе на некоторый угол фо-Для продольной составляющей электрического поля в таких точках без учета зависимости поля от времени (множитель е' опущен) можно записать *>

EAz + L,) = EAz)e-i<. (4.1)

где z - ось выбранной системы координат, совпадающая с продольной осью ЗС.

Угол фо может иметь как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от того, куда движется электромагнитная волна - в положительном или отрицательном направлении оси г. При этом значения Фо = О и 1 Фо I = л являются граничными и определяют полосу пропускания ЗС, которую мо>йно рассматривать как полосовой фильтр, образованный последовательным включением большого числа реактивных (если не учитывать потери) четырехполюсников, эквивалентных ячейкам системы. Частоты соо и cu электромагнитной волны в системе,

* ЗС при этом считают бесконечной или подключенной на обоих концах к согласованным нагрузкам,