微波技術-第九章

鐵氧體元件的特點：各向異性鐵氧體：鐵氧體是一種黑褐色的陶瓷，由鐵的氧化物和其他各種元素構(gòu)成，是一種亞鐵復合磁性材料，是一種磁各向異性（張量磁導率）材料。利用鐵氧體可以構(gòu)成各種各向異性的微波元件。鐵氧體元件：利用微波信號在通過鐵氧體時的傳播特性在不同方向上不同，可以構(gòu)成方向性元件，如隔離器、環(huán)行器等。利用調(diào)整偏置磁場強度控制鐵氧體與外加微波信號的相互作用的效應，構(gòu)成鐵氧體移相器、轉(zhuǎn)換開關，可調(diào)諧振器和濾波器等元件9.1 亞鐵磁性材料的基本性質(zhì)9.1.1 磁導率張量電子自旋磁偶極矩：軌道矩：與自旋矩相比通常很小，由朗德因子度量。通常材料的磁矩特性：宏觀無磁性。電子的自旋角動量：旋磁比：方向：與磁偶極矩相反常數(shù)！自旋磁偶極矩和自旋角動量的矢量關系：存在偏置磁場時的情況：存在轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩是角動量的時間導數(shù)：寫成標量等式：進動頻率mz為常數(shù)進動方程進動角（磁偶極矩與外磁場夾角）：磁偶極矩的軌跡與其在垂直平面內(nèi)投影的軌跡—圓。單位體積內(nèi)的磁化強度磁化強度滿足方程：飽和磁化強度（是材料的物理特性）鐵氧體通常工作在飽和狀態(tài)下居里溫度微波磁場與磁飽和材料的相互作用外加磁場：：頻域小信號近似情況下引入張量磁化率引入張量磁導率其他偏置方向：9.1.2 圓極化場右旋：因此，右圓極化波的磁化強度為：因此：磁化強度也是右圓極化的，與磁場強度矢量同向右旋圓極化波的有效磁導率為：標量當：對左旋圓極化<所以RHCP引起的強迫進動與偏置進動相同，LHCP相反9.1.3 損耗效應旋磁共振：當頻率等于進動頻率時，磁化率或磁導率的張量元為無限大。考慮損耗阻尼因子<<19.2 鐵氧體中平面波的傳播9.2.1 偏置場方向的傳播（法拉第旋磁效應）考慮沿+z傳播的均勻平面波：非零解行列式＝0RHCPLHCP類似：對于線極化波：此式說明，仍是線極化波，極化角為：9.2.2 垂直于偏置場的波的傳播若偏置場為＋x方向，傳播方向為＋z方向當Ex=0時有解對應于尋常波，波在不同的傳播方向上傳播常數(shù)相同，不受偏置磁場影響。當Ey＝0時有另一解可能為負場結(jié)構(gòu)：因此9.3 鐵氧體加載波導中的簡化分析正負圓極化波

概念正負圓極化波與左右旋圓極化波的區(qū)別矩形波導中正負圓極化位置的判斷1、矩形波導中TE10模場 2、圓極化位置：要找出圓極化波的位置，必須使兩分量Hx和Hz滿足大小相等、相位差為90。和空間相互垂直的條件。令兩分量的大小相等。即滿足：此時有Hx/Hz=

±j，即，兩分量大小相等的位置就是相位差為90。的位置，也就是圓極化的位置。由

解出： x2＝a－x1

3、正、負圓極化位置的判斷：決定于恒定磁場H0的方向和電磁波的傳播方向以及取x1還是x2位置。

二、圓極化波作用下鐵氧體的重要特性當鐵氧體在恒定磁場和正、負圓極化波作用下，鐵氧體的磁導率為標量，分別用μ+和μ－表示．若考慮損耗，則。如下圖，下圖中標出了各種鐵氧體元件的工作區(qū)。

三、微波鐵氧體元件微波鐵氧體元件種類很多，按磁化方式來分有橫向磁化元件和縱向磁化元件；按元件的功能來分有隔離器、環(huán)行器和移相器等。隔離器技術指標及性能要求：對隔離器的要求是正向衰減LA＋要小，通常要求LA＋<0.5dB；反向衰減LA-要大，通常要求LA->20dB；隔離比要大，即反向衰減與正向衰減之比愈大愈好，駐波比愈小愈好；工作頻帶要寬。隔離器實物1、2隔離器分類：隔離器種類很多，主要包括場移式隔離器和諧振式隔離器等。理想隔離器的S參數(shù)：不滿足一元性和對稱性A、波導場移式隔離器結(jié)構(gòu)：如下圖工作原理：利用放在矩形波導中圓極化波位置，并受橫向磁化的鐵氧體片，使場結(jié)構(gòu)發(fā)生位移。

B、波導諧振式隔離器結(jié)構(gòu)：工作原理：

C、諧振式隔離器與場移式隔離器區(qū)別吸收電磁能量的物質(zhì)不同吸收電磁波的種類不同所需的外加磁場的大小不同鐵氧體環(huán)行器環(huán)行器是一種具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng),常用的鐵氧體環(huán)行器是Y形結(jié)環(huán)行器。結(jié)構(gòu)：如下圖所示,它是由三個互成120°的角對稱分布的分支線構(gòu)成。工作原理：當外加磁場為零時,鐵氧體沒有被磁化,因此各個方向上的磁性是相同的。當信號從分支線“①”輸入時,由于分支“②、③”條件相同,信號是等分輸出的。若鐵氧體尺寸合適，外加磁場H0(低磁場)也選取合適時,就構(gòu)成了一個環(huán)行器。一個理想的(即無耗、各端口同時匹配、非互易性)Y型結(jié)環(huán)行器應具有下面性質(zhì)：當從①端口輸入功率時，②端口有輸出，而③端口無輸出；當從②端口輸入功率時，③端口有輸出，而①端口無輸出：當從③端口輸入功率時．①端口有輸出．而②端口無輸出。若外加恒定磁場的方向與原來相反．則功率輸出的流動方向也與原來的方向相反。低外加磁場時，環(huán)行方向與外加磁場方向成左螺旋關系。S參數(shù)：對應不同環(huán)行方向利用環(huán)行器可以制成前面討論的單向器,只要在Y形結(jié)環(huán)行器的端口“③”接上匹配吸收負載,端口“①”作為輸入,端口“②”作為輸出,如圖所示。這樣，信號從端口“①”輸入時,端口“②”有輸出,當從端口的反射信號經(jīng)環(huán)行器到達端口“③”被吸收,這樣“①”→“②”是導通的,而“②”→“①”是不通的,它實現(xiàn)了正向傳輸導通、反向傳輸隔離的單向器的功能。實物復習提綱第二章1、掌握微波頻率范圍及特點2、掌握傳輸線上的電壓、電流的特點，電壓、電流的入射波與反射波的關系。了解傳輸線方程解的形式。3、傳輸線的特性參量傳播常數(shù)：了解其定義，即無耗傳輸線傳播常數(shù)的特性。特性阻抗：掌握其定義。輸入阻抗：掌握定義即計算公式，計算方法。反射系數(shù)、駐波比和回波損耗：掌握定義，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換以及與輸入阻抗之間的相互轉(zhuǎn)換。4、阻抗圓圖：掌握阻抗、導納圓圖的特點和標注。5、掌握特殊負載情況下傳輸線的工作狀態(tài)（如：輸入阻抗、電壓（流）波腹（節(jié)）點位置等，可以結(jié)合圓圖理解）6、掌握1/4波長阻抗變換器的設計方法。第三章1、幾種傳輸線的主模第四章1、了解各網(wǎng)絡參量的網(wǎng)絡方程——各網(wǎng)絡參量的定義和物理含義（包括Z、Y、A、S）。2、掌握二端口微波網(wǎng)絡參量的性質(zhì)（可逆、對稱、無耗）3、掌握基本電路單元的參量矩陣的計算方法4、掌握參考面移動對二端口[S]網(wǎng)絡參量的影響5、掌握網(wǎng)絡級聯(lián)對二端口[A]網(wǎng)絡參量的影響6、掌握二端口網(wǎng)絡的等效電路7、掌握信號流圖分析網(wǎng)絡的方法（[S]）第五章1、集總參數(shù)元件匹配的圓圖計算2、串聯(lián)單短截線匹配網(wǎng)絡設計（圓圖）3、并聯(lián)單短截線匹配網(wǎng)絡設計（圓圖）4、四分之一波長阻抗變換器的頻率特性和展寬帶寬的方法5、小反射理論證明第六章1、串聯(lián)/并聯(lián)諧振回路的諧振頻率，Q值和有耗諧振器的無耗諧振器建模2、傳輸線諧振器的諧振頻率3，臨界耦合的概念第七章1、三端口網(wǎng)絡的性質(zhì)證明2、定向耦合器的參數(shù)定義3、Wilkinson功率分配器的設計4、正交混合網(wǎng)絡的奇偶模分析方法5