Анизотропные среды. 
Распространение электромагнитных волн в анизотропных средах

1. Намагниченные ферриты широко применяются в волноводных устройствах диапазона СВЧ. На их основе созданы волноводные элементы, не удовлетворяющие принципу взаимности, т. е. ведущие себя по-разному для волн, распространяющихся через них в противоположных направлениях. Ферриты применяются также в электрически управляемых устройствах. Зависимость параметров феррита от напряженности внешнего (подмагничивающего) магнитного поля h позволяет создавать устройства, свойствами которых можно управлять с помощью изменения значения h. Такими устройствами являются быстродействующие модуляторы, переключатели, перестраиваемые по частоте фильтры, системы для автоматической перестройки частоты генератора и др.

Принцип действия ферритовых устройств в диапазоне СВЧ основан на взаимодействии распространяющегося ЭМ поля с магнитными моментами атомов среды. Для существования такого взаимодействия надо, чтобы ЭМполе проникало в среду. Глубина проникновения поля в металлы в диапазоне СВЧ очень мала. Поэтому применяют специальную технологию для спекания окиси ферромагнитного металла (обычно железа) с другими элементами.

Свойства ферритов зависят от их кристаллической структуры, Различают монокристаллические ферриты, представляющие собой единый кристалл и поликристаллические ферриты, в которых каждый кристаллит ведет себя как монокристалл, изолированный от соседних кристаллитов небольшими воздушными порами. Состав ферритов со структурой шпинели описывается формулой MeрFe203, где MeII— ион двухвалентного металла типа Ni, Со, Fe, Мn, Mg, Си, Жn, Cd. Иттриевые ферриты со структурой граната имеют формулу.

Феррит обладает магнитными свойствами ферромагнетика и электрическими свойствами диэлектрика. В диапазоне СВЧ он имеет у = 10^-7+10^-11 См/м, е = 5 + 20, tgД?10^-4.

Явления ферромагнетизма имеют квантовую природу. С помощью классической электродинамики можно выполнить только приближенный анализ ЭМ явлений в феррите. Для анализа последних необходимо найти значение магнитной проницаемости.

2. Плазмой называют электрически нейтральный, частично или полностью ионизированный газ. Подмагничивающее внешнее магнитное поле превращает плазму в анизотропную среду. Верхние слои земной атмосферы под воздействием ЭМ поля Солнца ионизируются. Образующиеся слои ионизированного газа находятся в постоянном магнитном (подмагничивающем) поле Земли, напряженность которого равна 40 А/м. Слои подмагниченной плазмы влияют на распространение радиоволн.

Анализ ЭМ явлений в плазме может основываться на представлениях классической физики. Для анализа ЭМ явлений в плазме необходимо найти значение диэлектрической проницаемости.

3. В линейных анизотропных средах материальные уравнения для комплексных амплитуд в ДСК имеют вид.

где е_аnт и м_anm — компоненты тензоров комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей (n, m=x, y или z).

При изучении ЭМ явлений в анизотропной среде необходимо решать уравнения Максвелла совместно с (1). Однако, в природе не обнаружено веществ, у которых и и одновременно являются тензорами. Поэтому рассматриваем среды, имеющие только магнитную анизотропию, когда D = е_aЕ, В = З, и среды, имеющие только диэлектрическую анизотропию, в которых D =E, B = м_aЗ.

Отметим, что проводимость может быть тензорной величиной. Тогда в законе Ома у — тензор.