Частотные и нагрузочные характеристики трёхслойного магнитоэлектрического делителя мощности

Койфман Г.А., Филиппов Д.А.

Ключевые слова: делитель мощности, коэффициент деления, магнитострикция, пьезоэлектричество, магнитоэлектрический эффект, частотная зависимость.

Аннотация. В работе представлена физико-математическая модель двухпортового магнитоэлектрического делителя мощности с произвольным делением. Делитель представляет собой трёхслойную структуру (магнитострикционный материал – пьезоэлектрик – магнитострикционный материал), помещенную в катушку индуктивности, создающую переменное магнитное поле. На нижней поверхности пьезоэлектрической пластины расположен сплошной электрод, на верхней – два сегментированных электрода различной длины, формирующие выходные порты. На основе решения системы уравнений эласто- и электродинамики получены выражения для расчета входных и выходных сопротивлений портов, их ёмкостей, напряжений и мощностей. Определен коэффициент деления мощности, выраженный через геометрические размеры и физические параметры структуры. Представлены частотные и нагрузочные зависимости коэффициента деления и выходных мощностей портов делителя.

Frequency and load characteristics of a three-layer magnetoelectric power divider

Koyfman G.A., Filippov D.A.

Keywords: power divider, division ratio, magnetostriction, piezoelectricity, magnetoelectric effect, frequency dependence.

Abstract. This paper presents a physical-mathematical model of a two-port magnetoelectric power splitter with an arbitrary division ratio. The splitter consists from three-layer structure (magnetostrictive material – piezoelectric material – magnetostrictive material) placed inside an inductor coil generating an alternating magnetic field. A solid electrode is located on the bottom surface of the piezoelectric plate, while the top surface features two segmented electrodes of different lengths, forming the output ports. Based on the solution of the elasto- and electrodynamics equation system, expressions for calculating the input and output impedances of the ports, their capacitances, voltages, and powers are obtained. The power division coefficient, expressed through the geometric dimensions and physical parameters of the structure, is determined. The frequency and load resistance dependencies of the division ratio and ports output powers are presented.