Influence of ferrimagnetic resonance on conversion of electromagnetic energy by a YIG resonator into mechanical one
DOI:
https://doi.org/10.30837/rt.2021.4.207.16Keywords:
electromagnetic energy, ferromagnetic resonance, transformation, mechanical energy, YIG resonatorAbstract
Using the method of physical modeling, an algorithm for calculating the force with which a standing electromagnetic wave acts on a ferrite sphere of arbitrary diameter placed in a constant magnetic field is obtained. The value of constant magnetic field intensity provides appearance of ferrimagnetic resonance. Dependence of the magnetic field of an electromagnetic wave in the middle of a ferrite sphere on the size of its resonant radius and spherical coordinates are studied. In the center of the ferrite sphere, the resonance radius of which is 4.2634 mm, the microwave magnetic field strength is 83796 times greater than the magnetic field strength in the incident plane polarized wave. Mean-square value of the magnetic field strength over the volume of the sphere increases 4.8 times. Standing wave, formed in a free space with power flow density of 622 kW/m2 and wavelength of 3.2 cm, reflects from metallic shield placed at a distance of λo/8 + nλo/2, n = 0, 1, 2, 3… measured from the center of ferrite sphere and impacts with force of 0,12 N on ferrite sphere with resonance radius of 4,2634 mm. The results of the calculated force acting on the YIG – resonator coincide with the experimental results given in the well-known works (the power flux density is 43 kW/m2, the radius of the ferrite sphere is 1.775 mm, the force is 6 ± 0.5 μN) within the measurement error. Application of spatial resonance, standing electromagnetic wave and YIG resonator allows to increase of energy conversion factor of microwave energy conversion into mechanic one 8,6·104 times in compare to application of ferrite cylinder only in known papers. The research results can be used by the developers of converters of microwave energy into mechanical energy.
References
Пондеромоторное действие электромагнитного поля (теория и приложения) / Р. А. Валитов, Н. А. Хижняк, В. С. Жилков [и др.] ; под ред. Р. А. Валитова. Москва : Сов. радио, 1975. 232 с.
Мартыненко Л. Г. Влияние ферримагнитного резонанса на преобразование электромагнитной энергии в механическую. Л. Г. Мартыненко, Г. Л. Комарова, В. В. Маличенко // Известия вузов, радиоэлектроника. 2016. Т. 59. №. 10, С 30-36. DOI: 10.3103/S0735272716100046.
Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum / H. White, P March, J. Lawrence et al. // Journal of propulsion and power. Vol. 33, No. 4, July–August 2017 P. 830 – 841. DOI: 10.2514/1.В36120.
Мартыненко Л. Г. Влияние ферримагнитного резонанса на преобразование энергии электромагнитной стоячей волны в механическую энергию / Л. Г. Мартыненко, Г. Л. Комарова // Известия вузов, радиоэлектроника. 2020. Т. 63. №. 5. С 290-298. DOI: 10.3103/S0735272720050039
Мартиненко Л. Г. Спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну / Л.Г. Мартиненко, Г.Л. Комарова, В.В. Маличенко. Патент на винахід України. № 117748. Бюл. № 18 від 25.09.2018.
Мартиненко Л.Г. Спосіб перетворення електромагнітної енергії в механічну / Л.Г. Мартиненко, Г.Л. Комарова, В.В. Маліченко. Патент на корисну модель № 1129907. від 10.01.2017. Бюл. № 1.
Макеева Г. С. Электродинамический анализ постоянных распространения электромагнитных волн в 3D-решетках магнитных нанопроволок в условиях магнитного резонанса в микроволновом диапазоне / Г. С. Макеева, О. А. Голованов // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. №. 1. С. 3 - 11. DOI:10.7868/S0033849415110145
Kozar A. I. Resonant degenerate crvstal made of spheres located magnetodielectric medium // International Journal of Electromagnetics and Applications, Vol. 3, No. 2, 2013, pp. 15-19. DOI: 10.5923/j.idea.20130302.02.
Kозар А.И. Резонансные метакристаллы из малых магнитодиэлектрических сфер : монография. Харьков : ХНУРЭ, 2014. 352 с.
Никольский В.В. Теория электромагнитного поля. Москва : Высш. шк. 1961. 371с.
Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А.Г. Гуревич. Москва : Физматгиз, 1960. 208 с.
Електродинаміка та поширення радіохвиль. Ч. 1. Основи теорії електромагнітного поля / В. М. Шокало, В. І. Правда, Усін [та ін.] ; за заг. ред. В. М. Шокало та В. І. Правда. Харків : Колегіум, 2009. 208 с.
Стреттон Дж. А. Теория электромагнетизма. Москва : Гостехиздат. 1948. 539 с.
Микроволновые ферриты. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.domen.ru/mikrovolnovye-ferrity 07.01.2018.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).