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：由二價金屬錳、銅、鎂、鋅、鎳、釔等氧化物與Fe2O3

燒結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)生進動，使鐵氧體具有張量磁導率，成為各向異性媒質(zhì)，具有非互易性。

特點：

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成非互易器件。

§8-2鐵氧體中的張量磁導率

張量磁導率的表示式與外加恒定磁場的方向有關，當外加恒定磁場強度矢量沿+方向，即時，張量磁導率的表達式為鐵氧體特性：鐵氧體在未加恒定磁場時是一種高介電常數(shù)的介質(zhì)，此時鐵氧體呈各向同性特性，磁導率和介電常數(shù)都是標量，但在外加恒定磁場作用下，鐵氧體具有各向異性特性，磁導率變成了張量。上式中其中—磁化強度，—磁場強度，e—自由電子電荷，m—自由電子質(zhì)量，—荷質(zhì)比。此時外加微波磁場強度矢量與鐵氧體內(nèi)部磁化后的磁感應強度矢量的關系為展開式(8-2.4)，則有即結論：鐵氧體中的高頻磁感應強度矢量的方向與磁場強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)

張量磁導率使問題變得復雜化，但是如果微波電磁場是沿著方向傳播的圓極化波，即與兩分量的關系為則張量磁導率將退化為標量磁導率。正旋圓極化波：微波圓極化波磁場矢量的旋轉方向與恒定磁場矢量成右手螺旋關系。此時式（8-2.7）取“－”號。負旋圓極化波：微波圓極化波磁場矢量的旋轉方向與恒定磁場矢量成左手螺旋關系。此時式(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“－”號對應于正旋圓極化波，而“＋”號對應于負旋圓極化波。可見，與正旋波和負旋波相應的等效磁導率分別為結論：鐵氧體被恒定磁場磁化后，對正、負旋圓極化波所呈現(xiàn)的等效磁導率是不同的，因此，盡管這種情況下磁導率是標量，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。右圖所示為關系曲線諧振狀態(tài)：當時，鐵氧體工作在諧振狀態(tài)。

弱場區(qū)：當恒定磁場使時，稱鐵氧體工作在弱場區(qū)；強場區(qū)：當恒定磁場使時，稱鐵氧體工作在強場區(qū)；

§8-3場移式鐵氧體隔離器（單向器）

(FieldDisplacementFerriteIsolator)結論：當為+方向時，沿傳輸方向看去，左側一點為正旋波，右側一點為負旋波。當為-方向時，結論剛好相反。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，波幾乎無衰減，而反向傳輸時，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。

因為磁化鐵氧體片對正向波和負向波呈現(xiàn)不同的磁導率，而相移常數(shù)）與磁導率有關，所以磁化鐵氧體片對不同方向傳輸?shù)牟ǖ南嘁撇煌?，可以構成非互易的移相器?/p>

非互易的移相器：結構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。

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3分貝裂縫電橋，有

對于第二個3分貝裂縫電橋有

因為消去端口()、()、()、()的入、反射波電壓，得結論：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)絡為