Свойства феррита. 
Распространение электромагнитных волн в анизотропных средах

1. Намагниченная ферритовая среда представляет совокупность параллельных друг другу и вектору h некомпенсированных магнитных моментов. Если умножить уравнение движения магнитного момента электрона dm/dt = ш[h, m] на число N упорядоченных магнитных моментов в единице объема феррита, и учесть, что магнитный момент единицы объема m' = Nm, то получим уравнение движения суммарного магнитного момента (вектора магнитной поляризации единицы объема подмагниченного феррита):

dm'/dt = ш[h, m'](2).

2. Найдем тензор магнитной проницаемости. Направим ось z ДСК вдоль вектора h (h=lzh). Пусть в феррите распространяется ЭМ поле, вектор напряженности магнитного поля которого обозначим через Н (р, щ). Тогда на магнитные моменты воздействует суммарная напряженность поля ЗУ (с, t) = h (p, 0)+ |H (p, щ)| cos (щ t + Ф), где Ц (с, щ) — фаза З. Длина и ориентация вектора ЗУ меняются во времени, что вызывает прецессию магнитных моментов. Последняя уже не является затухающей, поскольку нет постоянного направления, параллельно которому могли бы установиться магнитные моменты. Эту прецессию называют вынужденной. Ее частота совпадает с частотой распространяющегося ЭМ поля.

Обозначим через М (с, щ) — магнитный момент, появляющийся за счет вектора З (с, щ). Тогда суммарный магнитный момент M_У(с, t)>m'(с, 0) + М (с, щ) exp (iщt).

В соответствии В = м₀(З + М). Подставляя сюда значения З и М, имеем В_z = м₀H_z,.

В_x=м₀(1-щ_M)H_x-iщм₀З_y; В_y=iщм_пЗ_x+м_п(1щ_M) З_y (3).

Сравнивая последние выражения с (1), находим компоненты тензора относительной магнитной проницаемости подмагниченного феррита м_xx = м_yy = 1- щм_п = м_x, м_xy = -м_xy = -ia, яявляющиеся функцией h (кроме м_z, зависящего от марки феррита). При изменении направления h на обратное м_xy и м_yx меняют знаки на обратные.

Если учитывать в уравнении движения магнитного момента наличие джоулевых потерь, то компоненты окажутся комплексными.

Феррит является линейной средой (для слабого ЭМ поля) — его параметры не зависят от E и З.

Отметим, что в феррите на магнитный момент электрона воздействует, кроме внешнего поля h + H эффективное поле h_э, обусловленное внутренними размагничивающими полями. Слагаемое h_э в общем поле h + H + h_э объясняет происхождение естественного ферромагнитного резонанса, наблюдаемого на частотах 500ч3000 МГц.

В подмагниченном феррите возможно явление ферромаитного резонанса. Пусть в направлении вектора h распространяются две Т-волны. Каждая волна имеет круговую вращающуюся поляризацию. Плоскость поляризации первой волны вращается по часовой стрелке, если смотреть вдоль вектора h, второй волны — против часовой стрелки. Направление h = 1_zh определяет продольное направление.

Обозначим первую волну знаком «+» (условно-положительная поляризация), а вторую— знаком «-» (отрицательная поляризация).

Таким образом, во-первых, при круговых поляризациях ЭМ полей, распространяющихся в продольном направлении, магнитные проницаемости — скалярные величины (так как В^± = м₀м_±З^±). Поэтому для этих полей намагниченный феррит представляет собой изотропную линейную среду, параметры которой зависят от подмагничивающего поля. Во-вторых, м₊? м_-, т. е. условия распространения Т-волн с положительной и отрицательной круговыми поляризациями разные: при щ_м > щ получаем, что |м₊| >?, а м_ — остается конечной величиной. При учете тепловых потерь магнитная проницаемость становится комплексной м_± = м'_± -iмЅ_±.Что при положительной поляризации при h, близких к h_p, резко возрастает |мЅ₊|. Значит, резко возрастают джоулевы потери распространяющегося поля. Объясняется это тем, что для существования незатухающей прецессии надо на частоте щ_м передать электронам энергию, равную теряемой. Роль источника, компенсирующего потери, играет распространяющееся на частоте щ = щ_м ЭМ поле положительной круговой поляризации, у которого совпадают направление вращения вектора Н⁺ и направление прецессии. При этом угол и со временем увеличивается, что сопровождается ростом тепловых потерь в феррите. В результате и устанавливается такой величины, что энергия потерь в феррите и энергия, отдаваемая ЭМ полем, становятся равными.

Явление наиболее эффективного взаимодействия на частоте щ=щ_М положительно поляризованного ЭМ поля с намагниченным ферритом, сопровождаемое интенсивным поглощением ферритом ЭМ энергии этого поля, называют ферромагнитным резонансом. Если h? h_p (т.е. щ? щ_м), то поглощение ферритом ЭМ энергии распространяющегося поля уменьшается, мЅ₊, может быть очень малой величиной, при этом затухание амплитуд векторов Л⁺, Н⁺ мало.

По-другому взаимодействует феррит с ЭМ полем, имеющим отрицательную поляризацию вектора Н^-. Направления прецессии и вращения Н^- при этом противоположны. Поэтому Н^- почти не влияет на М, м'_- и мЅ_- мало зависят от h и мЅ_-? 0. При этом феррит представляет среду с малыми джоулевыми потерями.

Различие значений магнитных проницаемостей для ЭМ полей с положительным и отрицательным направлениями вращения используется при создании невзаимных устройств СВЧ.