微波技術(shù)-第九章

鐵氧體元件的特點(diǎn)：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(fù)合磁性材料，是一種磁各向異性（張量磁導(dǎo)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(hào)在通過(guò)鐵氧體時(shí)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(chǎng)強(qiáng)度控制鐵氧體與外加微波信號(hào)的相互作用的效應(yīng)，構(gòu)成鐵氧體移相器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，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(dǎo)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(wú)磁性。電子的自旋角動(dòng)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(dòng)量的矢量關(guān)系：存在偏置磁場(chǎng)時(shí)的情況：存在轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩是角動(dòng)量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)：寫成標(biāo)量等式：進(jìn)動(dòng)頻率mz為常數(shù)進(jìn)動(dòng)方程進(jìn)動(dòng)角（磁偶極矩與外磁場(chǎng)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(qiáng)度磁化強(qiáng)度滿足方程：飽和磁化強(qiáng)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(chǎng)與磁飽和材料的相互作用外加磁場(chǎng)：：頻域小信號(hào)近似情況下引入張量磁化率引入張量磁導(dǎo)率其他偏置方向：9.1.2 圓極化場(chǎng)右旋：因此，右圓極化波的磁化強(qiáng)度為：因此：磁化強(qiáng)度也是右圓極化的，與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量同向右旋圓極化波的有效磁導(dǎo)率為：標(biāo)量當(dāng)：對(duì)左旋圓極化<所以RHCP引起的強(qiáng)迫進(jìn)動(dòng)與偏置進(jìn)動(dòng)相同，LHCP相反9.1.3 損耗效應(yīng)旋磁共振：當(dāng)頻率等于進(jìn)動(dòng)頻率時(shí)，磁化率或磁導(dǎo)率的張量元為無(wú)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(chǎng)方向的傳播（法拉第旋磁效應(yīng)）考慮沿+z傳播的均勻平面波：非零解行列式＝0RHCPLHCP類似：對(duì)于線極化波：此式說(shuō)明，仍是線極化波，極化角為：9.2.2 垂直于偏置場(chǎng)的波的傳播若偏置場(chǎng)為＋x方向，傳播方向?yàn)椋珃方向當(dāng)Ex=0時(shí)有解對(duì)應(yīng)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(chǎng)影響。當(dāng)Ey＝0時(shí)有另一解可能為負(fù)場(chǎng)結(jié)構(gòu)：因此9.3 鐵氧體加載波導(dǎo)中的簡(jiǎn)化分析正負(fù)圓極化波

概念正負(fù)圓極化波與左右旋圓極化波的區(qū)別矩形波導(dǎo)中正負(fù)圓極化位置的判斷1、矩形波導(dǎo)中TE10模場(chǎng) 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(shí)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(fù)圓極化位置的判斷：決定于恒定磁場(chǎng)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(dāng)鐵氧體在恒定磁場(chǎng)和正、負(fù)圓極化波作用下，鐵氧體的磁導(dǎo)率為標(biāo)量，分別用μ+和μ－表示．若考慮損耗，則。如下圖，下圖中標(biāo)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(lái)分有橫向磁化元件和縱向磁化元件；按元件的功能來(lái)分有隔離器、環(huán)行器和移相器等。隔離器技術(shù)指標(biāo)及性能要求：對(duì)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(shí)物1、2隔離器分類：隔離器種類很多，主要包括場(chǎng)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(duì)稱性A、波導(dǎo)場(chǎng)移式隔離器結(jié)構(gòu)：如下圖工作原理：利用放在矩形波導(dǎo)中圓極化波位置，并受橫向磁化的鐵氧體片，使場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移。

B、波導(dǎo)諧振式隔離器結(jié)構(gòu)：工作原理：

C、諧振式隔離器與場(chǎng)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(chǎng)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(gè)互成120°的角對(duì)稱分布的分支線構(gòu)成。工作原理：當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí),鐵氧體沒(méi)有被磁化,因此各個(gè)方向上的磁性是相同的。當(dāng)信號(hào)從分支線“①”輸入時(shí),由于分支“②、③”條件相同,信號(hào)是等分輸出的。若鐵氧體尺寸合適，外加磁場(chǎng)H0(低磁場(chǎng))也選取合適時(shí),就構(gòu)成了一個(gè)環(huán)行器。一個(gè)理想的(即無(wú)耗、各端口同時(shí)匹配、非互易性)Y型結(jié)環(huán)行器應(yīng)具有下面性質(zhì)：當(dāng)從①端口輸入功率時(shí)，②端口有輸出，而③端口無(wú)輸出；當(dāng)從②端口輸入功率時(shí)，③端口有輸出，而①端口無(wú)輸出：當(dāng)從③端口輸入功率時(shí)．①端口有輸出．而②端口無(wú)輸出。若外加恒定磁場(chǎng)的方向與原來(lái)相反．則功率輸出的流動(dòng)方向也與原來(lái)的方向相反。低外加磁場(chǎng)時(shí)，環(huán)行方向與外加磁場(chǎng)方向成左螺旋關(guān)系。S參數(shù)：對(duì)應(yīng)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(fù)載,端口“①”作為輸入,端口“②”作為輸出,如圖所示。這樣，信號(hào)從端口“①”輸入時(shí),端口“②”有輸出,當(dāng)從端口的反射信號(hào)經(jīng)環(huán)行器到達(dá)端口“③”被吸收,這樣“①”→“②”是導(dǎo)通的,而“②”→“①”是不通的,它實(shí)現(xiàn)了正向傳輸導(dǎo)通、反向傳輸隔離的單向器的功能。實(shí)物復(fù)習(xí)提綱第二章1、掌握微波頻率范圍及特點(diǎn)2、掌握傳輸線上的電壓、電流的特點(diǎn)，電壓、電流的入射波與反射波的關(guān)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(wú)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(jì)算公式，計(jì)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(dǎo)納圓圖的特點(diǎn)和標(biāo)注。5、掌握特殊負(fù)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(diǎn)位置等，可以結(jié)合圓圖理解）6、掌握1/4波長(zhǎng)阻抗變換器的設(shè)計(jì)方法。第三章1、幾種傳輸線的主模第四章1、了解各網(wǎng)絡(luò)參量的網(wǎng)絡(luò)方程——各網(wǎng)絡(luò)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(luò)參量的性質(zhì)（可逆、對(duì)稱、無(wú)耗）3、掌握基本電路單元的參量矩陣的計(jì)算方法4、掌握參考面移動(dòng)對(duì)二端口[S]網(wǎng)絡(luò)參量的影響5、掌握網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)對(duì)二端口[A]網(wǎng)絡(luò)參量的影響6、掌握二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路7、掌握信號(hào)流圖分析網(wǎng)絡(luò)的方法（[S]）第五章1、集總參數(shù)元件匹配的圓圖計(jì)算2、串聯(lián)單短截線匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（圓圖）3、并聯(lián)單短截線匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（圓圖）4、四分之一波長(zhǎng)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(wú)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(luò)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(shè)計(jì)4、正交混合網(wǎng)絡(luò)的奇偶模分析方法5