通信原理大综合课件微波

第8章微波铁氧体器(MicrowaveFerriteDevices)

§8-1

概论§8-2

铁氧体中的张量磁导率§8-3

场移式铁氧体隔离器§8-4

铁氧体环行器

§8-1概论

铁氧体：由二价金属锰、铜、镁、锌、镍、钇等氧化物与Fe2O3

烧结而成的多晶或单晶材料，是一种铁磁材料，外表很象陶瓷。

在此恒定磁场作用下，铁氧体内部的电子产生进动，使铁氧体具有张量磁导率，成为各向异性媒质，具有非互易性。

特点：

工作条件：外加恒定磁场。

铁氧体的电阻率很高（一般在欧姆/厘米之间）。所以铁氧体的趋肤深度()较大，微波电磁场能够深入到铁氧体内部，从而使铁氧体的非互易特性能够对微波电磁场起作用，因此利用铁氧体可以构成非互易器件。

§8-2铁氧体中的张量磁导率

张量磁导率的表示式与外加恒定磁场的方向有关，当外加恒定磁场强度矢量沿+方向，即时，张量磁导率的表达式为铁氧体特性：铁氧体在未加恒定磁场时是一种高介电常数的介质，此时铁氧体呈各向同性特性，磁导率和介电常数都是标量，但在外加恒定磁场作用下，铁氧体具有各向异性特性，磁导率变成了张量。上式中其中—磁化强度，—磁场强度，e—自由电子电荷，m—自由电子质量，—荷质比。此时外加微波磁场强度矢量与铁氧体内部磁化后的磁感应强度矢量的关系为展开式(8-2.4)，则有即结论：铁氧体中的高频磁感应强度矢量的方向与磁场强度矢量的方向并不完全一致，和的量值都是既取决于分量，又取决于分量，表现为各向异性特性。(8-2.4)

张量磁导率使问题变得复杂化，但是如果微波电磁场是沿着方向传播的圆极化波，即与两分量的关系为则张量磁导率将退化为标量磁导率。正旋圆极化波：微波圆极化波磁场矢量的旋转方向与恒定磁场矢量成右手螺旋关系。此时式（8-2.7）取“－”号。负旋圆极化波：微波圆极化波磁场矢量的旋转方向与恒定磁场矢量成左手螺旋关系。此时式(8-2.7)取“＋”号。在这两种情况下，左下式将变为右下式（8-2.7）即上式等号右边的“－”号对应于正旋圆极化波，而“＋”号对应于负旋圆极化波。可见，与正旋波和负旋波相应的等效磁导率分别为结论：铁氧体被恒定磁场磁化后，对正、负旋圆极化波所呈现的等效磁导率是不同的，因此，尽管这种情况下磁导率是标量，但铁氧体仍然是各向异性媒质，而未磁化的铁氧体却是各向同性媒质，二者是有区别的。右图所示为关系曲线谐振状态：当时，铁氧体工作在谐振状态。

弱场区：当恒定磁场使时，称铁氧体工作在弱场区；强场区：当恒定磁场使时，称铁氧体工作在强场区；

§8-3场移式铁氧体隔离器（单向器）

(FieldDisplacementFerriteIsolator)结论：当为+方向时，沿传输方向看去，左侧一点为正旋波，右侧一点为负旋波。当为-方向时，结论刚好相反。隔离器（单向器）特性：隔离器符号如右图示。沿隔离器的箭头方向传输时，波几乎无衰减，而反向传输时，波衰减很大，几乎不能通过。

工作条件：选定恒定磁场，使铁氧体工作在弱场区，且使接近于零。

因为磁化铁氧体片对正向波和负向波呈现不同的磁导率，而相移常数）与磁导率有关，所以磁化铁氧体片对不同方向传输的波的相移不同，可以构成非互易的移相器。

非互易的移相器：结构与场移式铁氧体隔离器类似，只要将铁氧体表面的吸收膜去掉即可。特性：能量在端口间沿环行器的箭头方向传输，不能反向传输，是非互易效应。

理想三端口环形器的s参数

§8-4铁氧体环形器(FerriteCirculators)3分贝裂缝电桥的[s]为1.相移式铁氧体环行器对于第一个3分贝裂缝电桥，有

对于第二个3分贝裂缝电桥有

因为消去端口()、()、()、()的入、反射波电压，得结论：以上各种情况下的输入、输出波大小相等，因此，该四端口网络为