1、電磁場課件-第四章微波鐵氧體元件第1頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五環流器 第2頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五一 微波鐵氧體的物理特性鐵氧體是鐵和其它元素構成的具有鐵磁性的復合氧化物，是電信技術中廣泛應用的磁性材料。它的主要化學成分是FeOFe2O3，其中二價鐵也可以是其它二價金屬，如錳（Mn）、鎂（Mg）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等。鐵氧體呈黑褐色，其機械性能類似于陶瓷硬而脆，具有很高的電阻率（達10的8次方/cm），是一種低損耗的介質材料。重要的是鐵氧體是一種磁旋介質。第3頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五1 磁旋介質電

2、子進動模型磁旋介質中，由于電子自旋磁矩（宏觀）存在，使得電子在強外磁場的作用下發生進動，總的磁矩和外場方向有一定的夾角。當鐵氧體在恒定磁場和電磁波作用下,鐵氧體中的自旋電子不僅作自旋運動和軌道運動,還將圍繞恒定磁場作旋轉運動,這種雙重的旋轉運動稱為電子進動。由于電子的進動,使鐵氧體呈現各向異性,這時鐵氧體的導磁率為張量。 第4頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五高頻磁場，可以分解為左旋和右旋磁場的疊加。“+”表右旋，“-”表左旋恒定磁場第5頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五2 左旋和右旋磁導率的差異場移區諧振區第6頁，共15頁，2022年，5月20日，

3、6點43分，星期五3 場移區當外穩恒磁場較小時，鐵氧體材料工作在場移區。對左旋波是一種順磁介質，且磁導率比一般的順磁介質大，對左旋波有吸引作用，使得左旋波的磁場向鐵氧體中移動。對右旋波是一種抗磁介質，且磁導率比一般的抗磁介質大，對右旋波有排斥作用，使得右旋波的磁場向鐵氧體外移動。第7頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五3 諧振區當外穩恒磁場較大時，的鐵氧體材料工作在諧振區。對左旋波吸收小，幾乎不影響左旋波的傳播。對右旋波有較強的吸收，右旋波不可能在鐵氧體材料中傳播。第8頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五二 場移式隔離器場移式隔離器是一種微波鐵氧體非互易

4、元件，它具有對正向傳輸波幾乎無衰減，而對反向傳輸波衰減很大的傳輸特性，隔離器通俗名稱為單向器。把隔離器接在信源輸出端，由于它對來自負載的反射波具有很大的衰減，從而起到很好地去耦作用，使信號源的輸出功率保持穩定，同時也最大限度的抑制了因信源（內阻）與傳輸線匹配不好而引起的信源端的反射。第9頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五1 結構和原理第10頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五2 解釋波導中，選擇合適位置，使得正向傳播是右旋波，反向傳播的是左旋波。在此位置附近填充微波鐵氧體材料，并加合適的外磁場，使得鐵氧體工作在場移區。波鐵氧體外側加吸收片，吸收左旋波，

5、同時又為右旋波提供理想的導體邊界條件。第11頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五TE10模式 要找出圓極化波的位置,必須使兩分量Hx和Hz滿足大小相等時間相位差為90和空間相互垂直的條件,后兩者條件已滿足,故只需二者大小相等。第12頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五三 環流器利用鐵氧體和分支波導構成的環流器，是一種在微波系統中廣泛使用的具有非互易特性的分支元件。環流器由三個完全相同的波導互成配置成Y形結，在結中心安置一塊圓柱形或圓盤形鐵氧體塊，在外加恒定磁場的作用下，若鐵氧體尺寸及恒定磁場值選取合適，就構成了環流器。 第13頁，共15頁，2022年，5

6、月20日，6點43分，星期五理想的Y形結環流器的傳輸特性 當微波信號從端口1輸入時，端口2輸出而端口3無輸出；當微波信號從端口2輸入時，端口3輸出而端口1無輸出；當微波信號從端口3輸入時，端口1輸出而端口2無輸出。若外加磁場方向改變為與現在的方向相反時，輸入的微波信號環流方向也與現在的環流方向相反。 環流器是微波系統中的重要元件之一，它可以用作單向器，也可用于微波通信系統中收發天線共用時的接收與發射信號的隔離，等等 。第14頁，共15頁，2022年，5月20日，6點43分，星期五小 結微波鐵氧體元件是一類具有不可逆性的微波元件，它是利用微波鐵氧體材料在恒定磁場作用下對高頻左旋和右旋圓極化電磁波呈現不同導磁系數的特性制作成