microwav電子科大版課件

8.3微波周期結(jié)構(gòu)--電磁慢波

導(dǎo)行波可分為三類：①kc2=0→TEM波②kc2>0TE波或TM波→快波③kc2<0→慢波由微波周期結(jié)構(gòu)有 ①kc2=0 vp=v→C ②kc2>0 vp

>v→C快波 ③kc2<0 vp

<v→C慢波 用完全相同的電抗元件以周期性間隔加載的導(dǎo)行系統(tǒng)稱為微波周期結(jié)構(gòu)?？蓪?shí)現(xiàn)慢波傳輸。屬非諧振周期電路與專門的濾波器電路有區(qū)別。應(yīng)用：微波行波管、微波直線加速器、鐵氧體器件、行 波管量子放大器等。兩個(gè)基本特性：①通帶/阻帶特性；②慢波特性分析方法： 電磁場(chǎng)方法 等效電路方法→微波網(wǎng)絡(luò)微波周期結(jié)構(gòu)真空時(shí)所有的周期結(jié)構(gòu)都具有如下共性：①類似于濾波器的帶通和帶阻特性；②周期結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)波為慢波，其相速度比未加載線的相速度要慢。微波周期結(jié)構(gòu)8.6鐵氧體元件8.6.1微波在鐵氧體中的傳播特性鐵氧體的一般性質(zhì)鐵氧體是由金屬氧化物混合燒結(jié)而成的磁性材料。其化學(xué)表示一般為MO·Fe2O3，其中M代表二價(jià)金屬如：錳、鎂、鋅、鎳、鎘等或者是它們的混合物。鐵氧體的相對(duì)介電常數(shù)在10～20之間,εr較大;鐵氧體是良好的絕緣體，ρ很小即介質(zhì)損耗很低，約在10-3～10-4之間，故可用于微波波段。外加磁場(chǎng)下，μ各向異性，具有回旋媒質(zhì)特性，為旋磁媒質(zhì)。各向異性（不同方向具有不同特性）材料，有非互易特性，所制作的微波元件必定是非互易→Sij≠Sji鐵氧體元件磁化鐵氧體的張量磁化率和張量磁導(dǎo)率電子的進(jìn)動(dòng)及進(jìn)動(dòng)方程電子自旋在其自旋軸的兩個(gè)方向上產(chǎn)生一個(gè)機(jī)械矩（或稱動(dòng)量矩）和一個(gè)磁矩（又稱玻爾磁子），它們的大小為假定上述電子位于一均勻的恒磁場(chǎng)中，則會(huì)對(duì)電子磁矩發(fā)生作用而產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩矢量。鐵氧體元件由于電子有自旋運(yùn)動(dòng)，外加轉(zhuǎn)矩的作用使圍繞著不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為拉摩進(jìn)動(dòng)。忽略阻尼作用時(shí)，磁矩的進(jìn)動(dòng)為自由進(jìn)動(dòng)。如圖所示：鐵氧體元件張量磁化率與張量導(dǎo)磁率鐵氧體的磁化率是一個(gè)三階張量，用表示：鐵氧體元件鐵氧體的張量磁導(dǎo)率為式中

ω0→進(jìn)動(dòng)角頻率；ωm＝μγMs；表征鐵氧體飽和磁化強(qiáng)度的重要參數(shù)是4πMs，一般300～5000高斯。鐵氧體元件平面電磁波在鐵氧體中傳播特性假定鐵氧體媒質(zhì)均勻充滿無限大空間，平面電磁波的傳播方向z與一致。沿z傳播的平面波的電磁波為利用麥克斯韋方程，可求得鐵氧體元件若取，可得：該式代表為負(fù)旋圓極化或左旋圓極化波，即順著外加恒磁場(chǎng)方向看去，Ht隨時(shí)間以固定振幅反時(shí)針轉(zhuǎn)的波，如圖所示：鐵氧體元件上述結(jié)果表明：1.在鐵氧體中沿恒定磁場(chǎng)方向傳播的平面波，是圓極化TEM波；2.對(duì)于圓極化波，鐵氧體的導(dǎo)磁率不在為張量而為標(biāo)量，這意味著磁化鐵氧體媒質(zhì)對(duì)圓極化波表現(xiàn)為各向同性，但導(dǎo)磁率的大小與圓極化波的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。8.6.2旋磁效應(yīng)、微波鐵氧體元件旋磁效應(yīng)1.鐵磁諧振效應(yīng)鐵氧體元件當(dāng)時(shí)，由得知：正旋圓極化波的相速為零，波不傳播，這種現(xiàn)象稱為鐵磁諧振。注意：左旋波的旋轉(zhuǎn)方向與進(jìn)動(dòng)方向相反，在任何頻率上都無法同步，故不發(fā)生諧振。因此，鐵磁諧振僅對(duì)右旋波而言。鐵氧體元件應(yīng)當(dāng)指出，由于線性極化波是恒定磁場(chǎng)(順著磁場(chǎng)方向)分為右旋和左旋圓極化波，因此，只要恒定磁場(chǎng)方向不變，無論波沿+z方向或沿-z方向傳播，極化面旋轉(zhuǎn)方向是不變的。這一特性稱為法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。鐵氧體元件3.場(chǎng)移效應(yīng)定義：場(chǎng)移效應(yīng)是對(duì)放入導(dǎo)波系統(tǒng)中的鐵氧體，外加橫向橫磁場(chǎng)(垂直于波的傳播方向)時(shí)，使導(dǎo)波場(chǎng)的分布產(chǎn)生橫向移動(dòng)的效應(yīng)。微波鐵氧體元件隔離器—常用于微波源與負(fù)載之間，使全部功率傳至負(fù)載而反射功率不到微波源。場(chǎng)移式隔離器鐵氧體元件鐵氧體側(cè)面上貼一薄電阻片(或電阻膜層)，電阻片可將反向波吸收掉而只傳輸正向波，從而構(gòu)成了一個(gè)隔離器，如圖：缺點(diǎn)：因靠電阻片吸收反射波，故僅適用于低功率。鐵氧體元件法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器它由一段扭轉(zhuǎn)45°的矩形波導(dǎo)和一段45°法拉第旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)相連，圓波導(dǎo)的另一端為圓到矩形變換器。鐵氧體元件鐵氧體非互易移相器—利用鐵氧體導(dǎo)磁率隨外加恒磁場(chǎng)而變化的特性使輸入和輸出端口之間產(chǎn)生給定相移的兩端口元件。法拉第旋轉(zhuǎn)式移相器使用90°矩形扭波導(dǎo)和90°法拉第旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)段，輸入和輸出波導(dǎo)中沒有電阻片。結(jié)構(gòu)如下圖所示：鐵氧體元件圓極化式移相器將矩形波導(dǎo)TE10模經(jīng)極化變換器變換