ЖИГ-резонатор

ЖИГ-резонатор, резонатор на железо-иттриевом гранате — резонатор СВЧ-диапазона на основе ферромагнитных свойств железо-иттриевого граната.

ЖИГ-резонаторы имеют исключительно высокую добротность (2…3·10³), при этом способны перестраиваться по частоте в широком диапазоне (в некоторых конструкциях — больше декады, в большинстве практических конструкций — порядка октавы).

Применение

На основе ЖИГ-резонаторов строятся перестраиваемые генераторы и фильтры СВЧ-диапазона. ЖИГ-генераторы используются в качестве гетеродинов анализаторов спектра и генераторов стандартных сигналов, благодаря сочетанию способности к перестройке в широком диапазоне и малых фазовых шумов. Фильтры, построенные на основе ЖИГ-резонаторов, находят применение в качестве преселекторов высококачественных приемников СВЧ-диапазона, в составе широкополосных умножителей частоты.

Устройство и принципы работы

Работа ЖИГ-резонаторов основана на явлении ферромагнитного резонанса (резонанса прецессионного движения спиновых моментов электронов) в монокристалах феррита — железо-иттриевого граната. От прочих ферритов, в которых также проявляются аналогичные резонансные явления, ЖИГ отличается малыми потерями различного происхождения, что и объясняет высокую добротность. Частота резонанса с высокой степенью линейности пропорциональна внешнему магнитному полю, что и позволяет осуществлять перестройку резонатора,и не зависит от размера образца, что позволяет сделать резонатор весьма малым.

Упрощённая схема цепи связи ЖИГ-резонатора с микрополосковой схемой

Резонирующий элемент, как правило, оформлятся в виде сферы (редко — диска) диаметром около 0,5 мм, с хорошо обработанной поверхностью. Для использования в качестве фильтра связь с резонатором осуществляется, как правило, двумя взаимно перпендикулярными индуктивными полупетлями, одна из которых соединяется с входом фильтра, другая — с выходом. Резонатор помещается между полупетлями, на держателе из материала с хорошей теплопроводностью. На нерезонансных частотах ЖИГ ведет себя как диэлектрик и связь между линиями отсутствует в силу их перпендикулярности. На частотах, близких к резонансу возникают компоненты поля, обеспечивающие сильную связь входной и выходной цепей. В случае использования резонатора в составе генератора можно обойтись одной петлей связи, что упрощает конструкцию.

На аналогичном принципе действует фильтр с резонатором в окне между перпендикулярными волноводами.

Резонатор с цепями связи помещается в магнитную систему, обеспечивающую подмагничивание. Как правило, система состоит из двух соленоидов (один для создания основного поля, другой, с меньшим числом витков, для обеспечения модуляции поля) и постоянного магнита (для уменьшения потребления тока основным соленоидом).

Литература

• Сазонов Дмитрий Михайлович &6.10. Перестраиваемые ферритовые фильтры // Антенны и устройства СВЧ. — "Высшая школа", 1988. — С. 178—180. — 434 с. — 30 000 экз.
• Хелзайн Джозеф Пассивные и активные цепи СВЧ = Passive and Active microwave circuits. — "Радио и связь", 1981. — С. 110—122. — 200 с. — 4500 экз.