56 ELECTRONICS AND ELECTRICAL ENGINEERING ISSN 1392–1215 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2006. Nr. 2(66) ELEKTRONIKA IR ELEKTROTECHNIKA HIGH FREQUENCY TECHNOLOGY, MICROWAVES T 191 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– AUKŠTŲJŲ DAŽNIŲ TECHNOLOGIJA, MIKROBANGOS Įmagnetintų puslaidininkinių ir feritinių bangolaidžių tyrimas S. Ašmontas Puslaidininkių fizikos institutas, A. Goštauto g. 11, LT–01108 Vilnius, Lietuva, tel. +370 5 2627124 , faks. +370 5 2627123, el. p. asmontas@pfi.lt L. Nickelson, V. Mališauskas Elektroninių sistemų katedra, Vilniaus Gedimino technikos universitetas, Naugarduko g. 41, LT–03227 Vilnius, Lietuva, tel. +370 5 2744758, faks. +370 5 2744770, el. p. lucy_nickelson@cablenet.lt, vacius.malisauskas@el.vtu.lt Įvadas Milimetrinių elektromagnetinių bangų diapazone pa- prasčiausi yra cilindriniai apskritieji bangolaidžiai iš die- lektrinių, puslaidininkinių arba feritinių medžiagų. Jie išsi- skiria plačia darbo dažnių juosta ir charakteristikų skaičia- vimo tikslumu, todėl tiriami iki šiol [1–7]. Puslaidininkinių ir feritinių bangolaidžių savybes ga- lima valdyti keičiant nuolatinio įmagnetinimo lauko induk- ciją. Tai daroma cirkuliatoriuose, fazės suktuvuose, modu- liatoriuose, poliarizatoriuose, antenose [8–12]. Yra darbų, kuriuose tiriamos elektromagnetinės ban- gos, sklindančios metaliniais apskritaisiais bangolaidžiais su įmagnetintu puslaidininkiu – giroelektrine terpe su kompleksiniu santykiniu dielektrinės skvarbos tenzoriumi (SDST) g r ε t [1, 5]. Tačiau atvirieji puslaidininkiniai bango- laidžiai ištirti nepakankamai. Pvz., neaiški jų dispersinių charakteristikų (DCh) priklausomybė nuo puslaidininkio laidžio tipo, krūvininkų koncentracijos, nuolatinio magne- tinio lauko indukcijos ir pan. Pakankamai gerai ištirti tiek ekranuotieji, tiek atvirieji įmagnetinti feritiniai bangolaidžiai, kurių feritas yra giro- magnetinė terpė su kompleksiniu santykiniu magnetinės skvarbos tenzoriumi (SMST) g r µ t . Tačiau feritinių įtaisų valdymo galimybės yra ribotos, ypač trumpųjų mikrobangų diapazone, kur slopinimo koeficientas ferite yra gana dide- lis. Jį sumažinti kartais padeda ferito padengimas nemag- netinio dielektriko sluoksniu, kurį supa oras. Šio darbo tikslas buvo sukurti bendrąją giroelektrinių ir giromagnetinių, t. y. girotropinių bangolaidžių tyrimo metodiką – sudaryti jų bendrąjį elektrodinaminį modelį ir išvesti dispersinę lygtį. Pagal ją apskaičiuoti ir ištirti pus- laidininkinių p-Ge, n-InSb bei sluoksniuotųjų feritinių- dielektrinių bangolaidžių su ISCh4 markės feritu DCh. Bendroji girotropinių bangolaidžių tyrimo metodika Bendrasis tiriamųjų girotropinių bangolaidžių modelis cilindrinėje z r , , ϕ koordinačių sistemoje pavaizduotas 1 pav. Nuolatinio magnetinio lauko su indukcijos vekto- riumi 0 B kryptis sutampa su z ašies kryptimi, kuria sklinda elektromagnetinės bangos. Girotropinėje srityje 1 su spinduliu r g modelio santykinės dielektrinė ir magnetinė skvarbos apibūdinamos kompleksiniais tenzoriais g r ε t ir g r µ t . Srityje 2, kurios storis , d yra nemagnetinis dielektri- kas. Jo santykinė kompleksinė dielektrinė skvarba d r ε , o reali magnetinė skvarba . 1 d r = µ Begalinę sritį 3 užpildo oras, kurio santykinės skvarbos yra 1 o r = ε ir . 1 o r = µ 1 pav. Bendrasis girotropinių bangolaidžių modelis Naudojant šį modelį sprendžiamas griežtas kraštinis elektrodinamikos uždavinys, siekiant gauti sklindančių elektromagnetinių bangų dispersinę lygtį ir apskaičiuoti jų DCh. Tam naudojamos diferencialinės Maxwello lygtys harmoniškai kintančių elektromagnetinių laukų komplek- sinėms amplitudėms: , j rot , j rot 0 r 0 r E H H E ε ε ω = µ µ ω − = t t (1) čia H E , – elektrinio ir magnetinio laukų stiprių vektorių kompleksinės amplitudės; j = 1 − – menamasis vienetas; ω – kampinis laukų kitimo dažnis; r r , µ ε t t – bendriausiu atveju bet kokių girotropinių arba dielektrinių terpių komp-