TECHNIKA WIELKICH CZĘSTOTLIWOŚCI. Przyrządy ferrytowe. Plan wykładu. Karol Aniserowicz. Magnetyczne właściwości materii

Podobne dokumenty
Materiały magnetycznie miękkie i ich zastosowanie w zmiennych polach magnetycznych. Jacek Mostowicz

Własności magnetyczne materii

Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć. Dr hab.

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

WŁASNOŚCI MAGNETYCZNE CIAŁA STAŁEGO

Elektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Właściwości magnetyczne materii. dr inż. Romuald Kędzierski

Stosunek Koercji do Indukcji magnetycznej, oraz optymalny punkt pracy magnesu

1 Płaska fala elektromagnetyczna

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Fala EM w izotropowym ośrodku absorbującym

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Widmo fal elektromagnetycznych

GENERATOR WIELKIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI BADANIE ZJAWISK TOWARZYSZĄCYCH NAGRZEWANIU DIELEKTRYKÓW

Równania Maxwella. roth t

Fotonika. Plan: Wykład 3: Polaryzacja światła

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY - podstawy

Badanie właściwości magnetycznych

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa V - linie sił pola. pionowe czyli prostopadłe do powierzchni ziemi.

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków, przy użyciu oscyloskopu (E1)

Własności magnetyczne materii

Podpis prowadzącego SPRAWOZDANIE

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

Elektryczne właściwości materiałów. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Podstawy fizyki sezon 2 6. Równania Maxwella

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

Elektryczność i Magnetyzm

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ

Temat 1: Budowa atomu zadania

Pole przepływowe prądu stałego

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

Fale elektromagnetyczne

Rozpatrzmy n-wrotnik. i jedne z jego wrót

MAGNETOCERAMIKA Historia. Historia

Fale elektromagnetyczne

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Właściwości materii. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. 18 listopada 2014 Biophysics 1

ELEKTRONIKA ELM001551W

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Właściwości kryształów

Właściwości magnetyczne

r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i wykład XIII - XIV Zakład Biofizyki

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Podstawy fizyki wykład 7

Fale elektromagnetyczne. Gradient pola. Gradient pola... Gradient pola... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek 2013/14

Rys.1 Rozkład mocy wnikającej do dielektryka przy padaniu fali płaskiej Natężenie pola wewnątrz dielektryka maleje wykładniczo. Określa to wzór: (1)

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

3. Równania pola elektromagnetycznego

Badanie histerezy magnetycznej

Promieniowanie dipolowe

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

ver magnetyzm cd.

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.

Kondensatory. Konstrukcja i właściwości

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 1)

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Fizyka i inżynieria materiałów Prowadzący: Ryszard Pawlak, Ewa Korzeniewska, Jacek Rymaszewski, Marcin Lebioda, Mariusz Tomczyk, Maria Walczak

Pole magnetyczne w ośrodku materialnym

3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka E w następujących związkach? Który to pierwiastek? EO o masie cząsteczkowej 28 [u]

Zbiór wielkości fizycznych obejmujący wszystkie lub tylko niektóre dziedziny fizyki.

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

Wyjaśnienie treści Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia

Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki(stare ćwiczenia)

Nazwy pierwiastków: ...

Własność ciała lub cecha zjawiska fizycznego, którą można zmierzyć, np. napięcie elektryczne, siła, masa, czas, długość itp.

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

Transkrypt:

TECHNIKA WIELKICH CZĘSTOTLIWOŚCI Przyrządy ferrytowe Karol Aniserowicz Plan wykładu Wiadomości wstępne magnetyczne właściwości materii Właściwości fizyczne ferrytów PRZYRZĄDY FERRYTO Izolatory ferrytowe Ferrytowe przesuwniki fazy Cyrkulatory Rezonatory ferrytowe Magnetyczne właściwości materii Magnetyczne właściwości materii tłumaczone są na podstawie superpozycji momentów magnetycznych związanych z elementarnymi pętlami zastępczych prądów, wywołanych przez: ruch elektronów na orbitach atomowych, spiny elektronowe (wirowanie elektronów wokół własnej osi), spiny jąder atomów (zwykle pomijane). Dodatek: Magnetyczne właściwości materii Diamagnetyki substancjezłożone z atomów (lub cząsteczek) pozbawionych stałego momentu magnetycznego, µ r <, np. woda, szkło, gazy szlachetne, prawie wszystkie związki organiczne, miedź, cynk, złoto, srebro. Paramagnetyki µ r >, np. tlen, powietrze, sód, potas. Ferromagnetyki µ r >>, np. żelazo, kobalt, nikiel; po przekroczeniu temp. Curie ferromagnetyki stają się paramagnetykami. Antyferromagnetyki np. mangan, chrom; po przekroczeniu temp. Néela antyferromagnetyki stają się paramagnetykami. Ferrimagnetyki głównie ferryty(żelaziny); po przekroczeniu temp. Curie ferrimagnetyki stają się paramagnetykami. e 4

Właściwości fizyczne ferrytów Ferryty otrzymuje się przez zmieszanie tlenku żelazowego Fe O z tlenkami metali dwuwartościowych lub trójwartościowych. Mieszaninytesąmieloneiwypalanewtemp.000 500 C. Uzyskuje się materiały typu ceramicznego o różnych strukturach krystalicznych(granaty, spinele, heksagonalne). Największe zastosowanie ma granat żelazowo-itrowy YIG [ang. yttrium iron garnet]. Właściwości fizyczne ferrytów Duża rezystywność: ρ= 0 0 5 Ωm (0 7 0 razy większa od rezystywności żelaza) ferryty to półprzewodniki. Duża głębokość wnikania pola EM (dzięki dużej rezystywności ρ często można pomijać zjawisko naskórkowości): δ w = ρ ωµ Przykład Dlaf= 0 GHz, µ= µ 0, ρ= 0 Ωm otrzymamy: δ w = 9, cm > λ 0 (w powietrzu: λ 0 = cm). Małe straty wiroprądowe (dzięki dużej rezystywności). Względna przenikalność elektryczna: ε r = 0 0.Praktycznie nie zależy ona od częstotliwości. 5 6 Właściwości fizyczne ferrytów Względna przenikalność magnetyczna: µ r < 0. Jest ona funkcją częstotliwości. Pod wpływem zewnętrznego pola magnet. µ r staje się funkcją kierunku ferryt jest wówczas ośrodkiem anizotropowym. Elementarne momenty magnetyczne są w pewnych podobszarach ferrytu domenach zorientowane jednakowo, ale orientacja domen jest przypadkowa. Pod wpływem stałego pola magnetycznego polaryzacja domen magnet. porządkuje się. Powyżej pewnej wartości natężenia pola zewnętrznego zostaje osiągnięty stan nasycenia jednakowej polaryzacji wszystkich domen. W technice mikrofalowej wykorzystuje się elementy ferrytowe spolaryzowane zewnętrznym polem stałym H 0 do stanu nasycenia. Dodatek: Właściwości fizyczne ferrytów Materiały typu ceramicznego o następujących strukturach krystalicznych: spinele o ogólnym wzorze chemicznym MeO Fe O, gdzie Me jon metalu dwuwartościowego, np. kadm Cd +, kobalt Co +, magnez Mg +, nikiel Ni +, cynk Zn +, mangan Mn +, żelazo Fe + ; heksagonalne o ogólnym wzorze chemicznym MeO (Fe O ) 6, gdzie Me + jon metalu dwuwartościowego o wymiarach znacznie większych, niż wymiary jonu żelaza Fe +, np. bar Ba +, stront Sr + ; granaty o ogólnym wzorze chemicznym (X O ) (Fe O ) 5, gdzie X + jon metalu trójwartościowego, np. itr Y +, lantanowce; największe zastosowanie ma granat żelazowo-itrowy YIG [ang. yttrium iron garnet]: (YFeO ) (Fe O ) 5. Dodatek: Zależność przenikalności magnetycznej ferrytów od częstotliwości + + j - dla polaryzacji H zgodnej ze zwrotem precesji naturalnej + = j - dla polaryzacji H przeciwnej do zwrotu precesji naturalnej µ = µ µ µ µ µ dla przykładowego ferrytu Ważna cecha: wrażliwość na wstrząsy i udary mechaniczne. 7 8

Rezonans żyromagnetyczny Ferryt jest spolaryzowany zewnętrznym polem stałym H 0 do stanu nasycenia. Ruchy termiczne lub zewnętrzne pole zmienne powodują zaburzenie polaryzacji momentów magnet. Po ustąpieniu zakłócenia powrót do położenia zgodnego ze zwrotem H 0 dokonuje się ruchem precesyjnym zjawisko podobne do efektu żyroskopowego w polu grawitacyjnym (wirujący bąk). Rezonans żyromagnetyczny Zwrot precesji naturalnej jest taki sam dla wszystkich cząsteczek ferrytu. Częstotliwość ruchu precesyjnegojest wprost proporcjonalna do H 0 : ω = γ H 0 0 0 gdzie: γ 0 współczynnikżyromagnetyczny ośrodka. 9 Jeżeli w ferrycie rozchodzi się fala, której wektor Hwiruje zgodnie ze zwrotem precesji naturalnej (np. fala płaska o polaryzacji kołowej), to przy pulsacji pola bliskiej lub równej ω 0 następuje rezonans żyromagnetyczny silne zwiększenie amplitudy ruchu precesyjnego. Towarzyszy mu silne pochłanianie energii pola zmiennego i zamiana jej na ciepło w obszarze ferrytu. Jeżeli wektor Hbędzie wirować przeciwnie, to rezonans będzie niemal niezauważalny. Efekt rezonansu można osiągnąć również przy f= const., zmieniając H 0, gdyż ω 0 ~ H 0. 0 Rotacja Faradaya RotacjaFaradaya: skręcenie płaszczyzny polaryzacji, w funkcji drogi przebytej przez falę. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji zachodzi w tę samą stronę, niezależnie od kierunku propagacji fali. Dodatek: Rotacja Faradaya różne prędkości propagacji Skoro różnią się przenikalności µ + i µ, to również różnią się współczynniki propagacji: γ = jω εµ = α + jβ + + + + γ = jω εµ = α + jβ Michael Faraday (79-867)

Izolator ferrytowy - rezonansowy PRZYRZĄDY FERRYTO Dzięki anizotropii ferrytu podmagnesowanego zewnętrznym polem stałym, dla częstotliwości bliskiej lub równej częstotliwości rezonansu żyromagnetycznego, energia fali rozchodzącej się w jednym z kierunków jest silnie pochłaniana i zamieniana na ciepło w płytce ferrytowej. Dla fali rozchodzącej się w kierunku przeciwnym rezonans jest niemal niezauważalny. 4 Izolator ferrytowy z przemieszczeniem pola płytka z materiału stratnego Macierz rozproszenia idealnego izolatora: [ S] 0 = 0 jθ e 0 5 jθ 0 e Macierz rozproszenia idealnego izolatora: [ ] S = 0 0 6

Izolator ferrytowy z przemieszczeniem pola Izolator z wykorzystaniem rotacji Faradaya 7 8 Izolator z wykorzystaniem rotacji Faradaya Ferrytowe przesuwniki fazy Reggia-Spencer reciprocal phase shifter Nonreciprocal latching phase shifter 9 0

Cyrkulatory ferrytowe 0 0 0 0 [ S] = 0 0 s = s = s = wzmacniacz odbiciowy Zastosowania cyrkulatorów antena nadawczoodbiorcza modulator odbiciowy nadajnik odbiornik filtr cyrkulator jako izolator Cyrkulatory ferrytowe Cyrkulatory ferrytowe Typical technical specifications Frequency range: 0.8-.0 GHz Insertion Loss between ports: 0.5dB Reverse Isolation between ports: 0dB VSWR at individual ports:.db Average power: 50W Operating Temperature: -0 to +75 C 4

Cyrkulatory czterowrotowe Rezonatory ferrimagnetyczne(ferrytowe) 5 Kulka monokryształu granatu żelazowo-itrowego (YIG), o średnicy 0,5...,5 mm umieszczona jest w skrzyżowanych polach magnetycznych: stałym H 0 i zmiennym H. Dobroć: Q 0 = 000...000; Q l = 00...800. Zalety: przestrajanie elektroniczne przez zmianę H 0 ; szeroki zakres przestrajania f max /f min = 4. 6 Filtry YIG Rezonator ferrimagnetyczny jednoogniwowy (a) i filtr wieloogniwowy (b) R. Czoch, A. Francik, K. Sachse, Mikrofale. Ćwiczenia laboratoryjne, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 99, rozdz. 8, str. 79-9. 7