通信原理大綜合課件微波

第8章微波鐵氧體器(MicrowaveFerriteDevices)

§8-1

概論§8-2

鐵氧體中的張量磁導(dǎo)率§8-3

場移式鐵氧體隔離器§8-4

鐵氧體環(huán)行器

§8-1概論

鐵氧體：由二價(jià)金屬錳、銅、鎂、鋅、鎳、釔等氧化物與Fe2O3

燒結(jié)而成的多晶或單晶材料，是一種鐵磁材料，外表很象陶瓷。

在此恒定磁場作用下，鐵氧體內(nèi)部的電子產(chǎn)生進(jìn)動，使鐵氧體具有張量磁導(dǎo)率，成為各向異性媒質(zhì)，具有非互易性。

特點(diǎn)：

工作條件：外加恒定磁場。

鐵氧體的電阻率很高（一般在歐姆/厘米之間）。所以鐵氧體的趨膚深度()較大，微波電磁場能夠深入到鐵氧體內(nèi)部，從而使鐵氧體的非互易特性能夠?qū)ξ⒉姶艌銎鹱饔?，因此利用鐵氧體可以構(gòu)成非互易器件。

§8-2鐵氧體中的張量磁導(dǎo)率

張量磁導(dǎo)率的表示式與外加恒定磁場的方向有關(guān)，當(dāng)外加恒定磁場強(qiáng)度矢量沿+方向，即時(shí)，張量磁導(dǎo)率的表達(dá)式為鐵氧體特性：鐵氧體在未加恒定磁場時(shí)是一種高介電常數(shù)的介質(zhì)，此時(shí)鐵氧體呈各向同性特性，磁導(dǎo)率和介電常數(shù)都是標(biāo)量，但在外加恒定磁場作用下，鐵氧體具有各向異性特性，磁導(dǎo)率變成了張量。上式中其中—磁化強(qiáng)度，—磁場強(qiáng)度，e—自由電子電荷，m—自由電子質(zhì)量，—荷質(zhì)比。此時(shí)外加微波磁場強(qiáng)度矢量與鐵氧體內(nèi)部磁化后的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的關(guān)系為展開式(8-2.4)，則有即結(jié)論：鐵氧體中的高頻磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的方向與磁場強(qiáng)度矢量的方向并不完全一致，和的量值都是既取決于分量，又取決于分量，表現(xiàn)為各向異性特性。(8-2.4)

張量磁導(dǎo)率使問題變得復(fù)雜化，但是如果微波電磁場是沿著方向傳播的圓極化波，即與兩分量的關(guān)系為則張量磁導(dǎo)率將退化為標(biāo)量磁導(dǎo)率。正旋圓極化波：微波圓極化波磁場矢量的旋轉(zhuǎn)方向與恒定磁場矢量成右手螺旋關(guān)系。此時(shí)式（8-2.7）取“－”號。負(fù)旋圓極化波：微波圓極化波磁場矢量的旋轉(zhuǎn)方向與恒定磁場矢量成左手螺旋關(guān)系。此時(shí)式(8-2.7)取“＋”號。在這兩種情況下，左下式將變?yōu)橛蚁率剑?-2.7）即上式等號右邊的“－”號對應(yīng)于正旋圓極化波，而“＋”號對應(yīng)于負(fù)旋圓極化波。可見，與正旋波和負(fù)旋波相應(yīng)的等效磁導(dǎo)率分別為結(jié)論：鐵氧體被恒定磁場磁化后，對正、負(fù)旋圓極化波所呈現(xiàn)的等效磁導(dǎo)率是不同的，因此，盡管這種情況下磁導(dǎo)率是標(biāo)量，但鐵氧體仍然是各向異性媒質(zhì)，而未磁化的鐵氧體卻是各向同性媒質(zhì)，二者是有區(qū)別的。右圖所示為關(guān)系曲線諧振狀態(tài)：當(dāng)時(shí)，鐵氧體工作在諧振狀態(tài)。

弱場區(qū)：當(dāng)恒定磁場使時(shí)，稱鐵氧體工作在弱場區(qū)；強(qiáng)場區(qū)：當(dāng)恒定磁場使時(shí)，稱鐵氧體工作在強(qiáng)場區(qū)；

§8-3場移式鐵氧體隔離器（單向器）

(FieldDisplacementFerriteIsolator)結(jié)論：當(dāng)為+方向時(shí)，沿傳輸方向看去，左側(cè)一點(diǎn)為正旋波，右側(cè)一點(diǎn)為負(fù)旋波。當(dāng)為-方向時(shí)，結(jié)論剛好相反。隔離器（單向器）特性：隔離器符號如右圖示。沿隔離器的箭頭方向傳輸時(shí)，波幾乎無衰減，而反向傳輸時(shí)，波衰減很大，幾乎不能通過。

工作條件：選定恒定磁場，使鐵氧體工作在弱場區(qū)，且使接近于零。

因?yàn)榇呕F氧體片對正向波和負(fù)向波呈現(xiàn)不同的磁導(dǎo)率，而相移常數(shù)）與磁導(dǎo)率有關(guān)，所以磁化鐵氧體片對不同方向傳輸?shù)牟ǖ南嘁撇煌?，可以?gòu)成非互易的移相器。

非互易的移相器：結(jié)構(gòu)與場移式鐵氧體隔離器類似，只要將鐵氧體表面的吸收膜去掉即可。特性：能量在端口間沿環(huán)行器的箭頭方向傳輸，不能反向傳輸，是非互易效應(yīng)。

理想三端口環(huán)形器的s參數(shù)

§8-4鐵氧體環(huán)形器(FerriteCirculators)3分貝裂縫電橋的[s]為1.相移式鐵氧體環(huán)行器對于第一個(gè)3分貝裂縫電橋，有

對于第二個(gè)3分貝裂縫電橋有

因?yàn)橄ザ丝?)、()、()、()的入、反射波電壓，得結(jié)論：以上各種情況下的輸入、輸出波大小相等，因此，該四端口網(wǎng)絡(luò)為