電磁場(chǎng)第四章微波鐵氧體元件課件

§4.7微波鐵氧體元件微波鐵氧體器件是一類非互易器件，需要采用非互易的鐵氧體制造。在微波系統(tǒng)中,負(fù)載的變化對(duì)微波信號(hào)源的頻率和功率輸出會(huì)產(chǎn)生不良影響,使振蕩器性能不穩(wěn)定。為了解決這樣的問題,最好在負(fù)載和信號(hào)源之間接入一個(gè)具有不可逆?zhèn)鬏斕匦缘钠骷＿@種器件具有單向通行、反向隔離的功能,因此稱為單向器或隔離器。另一類非互易器件是環(huán)行器,它具有單向循環(huán)流通功能。環(huán)流器

一微波鐵氧體的物理特性鐵氧體是鐵和其它元素構(gòu)成的具有鐵磁性的復(fù)合氧化物，是電信技術(shù)中廣泛應(yīng)用的磁性材料。它的主要化學(xué)成分是FeOFe2O3，其中二價(jià)鐵也可以是其它二價(jià)金屬，如錳（Mn）、鎂（Mg）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等。鐵氧體呈黑褐色，其機(jī)械性能類似于陶瓷硬而脆，具有很高的電阻率（達(dá)10的8次方Ω/cm），是一種低損耗的介質(zhì)材料。重要的是鐵氧體是一種磁旋介質(zhì)。高頻磁場(chǎng)，可以分解為左旋和右旋磁場(chǎng)的疊加。“+”表右旋，“-”表左旋恒定磁場(chǎng)2左旋和右旋磁導(dǎo)率的差異場(chǎng)移區(qū)諧振區(qū)3場(chǎng)移區(qū)當(dāng)外穩(wěn)恒磁場(chǎng)較小時(shí)，鐵氧體材料工作在場(chǎng)移區(qū)。對(duì)左旋波是一種順磁介質(zhì)，且磁導(dǎo)率比一般的順磁介質(zhì)大，對(duì)左旋波有吸引作用，使得左旋波的磁場(chǎng)向鐵氧體中移動(dòng)。對(duì)右旋波是一種抗磁介質(zhì)，且磁導(dǎo)率比一般的抗磁介質(zhì)大，對(duì)右旋波有排斥作用，使得右旋波的磁場(chǎng)向鐵氧體外移動(dòng)。二場(chǎng)移式隔離器場(chǎng)移式隔離器是一種微波鐵氧體非互易元件，它具有對(duì)正向傳輸波幾乎無衰減，而對(duì)反向傳輸波衰減很大的傳輸特性，隔離器通俗名稱為單向器。把隔離器接在信源輸出端，由于它對(duì)來自負(fù)載的反射波具有很大的衰減，從而起到很好地去耦作用，使信號(hào)源的輸出功率保持穩(wěn)定，同時(shí)也最大限度的抑制了因信源（內(nèi)阻）與傳輸線匹配不好而引起的信源端的反射。1結(jié)構(gòu)和原理2解釋波導(dǎo)中，選擇合適位置，使得正向傳播是右旋波，反向傳播的是左旋波。在此位置附近填充微波鐵氧體材料，并加合適的外磁場(chǎng)，使得鐵氧體工作在場(chǎng)移區(qū)。波鐵氧體外側(cè)加吸收片，吸收左旋波，同時(shí)又為右旋波提供理想的導(dǎo)體邊界條件。三環(huán)流器利用鐵氧體和分支波導(dǎo)構(gòu)成的環(huán)流器，是一種在微波系統(tǒng)中廣泛使用的具有非互易特性的分支元件。環(huán)流器由三個(gè)完全相同的波導(dǎo)互成配置成Y形結(jié)，在結(jié)中心安置一塊圓柱形或圓盤形鐵氧體塊，在外加恒定磁場(chǎng)的作用下，若鐵氧體尺寸及恒定磁場(chǎng)值選取合適，就構(gòu)成了環(huán)流器。

理想的Y形結(jié)環(huán)流器的傳輸特性

當(dāng)微波信號(hào)從端口1輸入時(shí)，端口2輸出而端口3無輸出；當(dāng)微波信號(hào)從端口2輸入時(shí)，端口3輸出而端口1無輸出；當(dāng)微波信號(hào)從端口3輸入時(shí)，端口1輸出而端口2無輸出。若外加磁場(chǎng)方向改變?yōu)榕c現(xiàn)在的方向相反時(shí)，輸入的微波信號(hào)環(huán)流方向也與現(xiàn)在的環(huán)流方向相反。環(huán)流器是微波系統(tǒng)中的重要元件之一，它可以用作單向器，也可用于微波通信系統(tǒng)中收發(fā)天線共用時(shí)的接收與發(fā)射信號(hào)的隔離，等等。小結(jié)微波鐵氧體元件是一類具有不可逆性的微波元件，它是利用微波鐵氧體材料在恒定磁場(chǎng)作用下對(duì)高頻左旋和右旋圓極化電磁波呈現(xiàn)不同導(dǎo)磁系數(shù)的特性制作