電磁場課件--第四章微波鐵氧體元件第1頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)流器

第2頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月一微波鐵氧體的物理特性鐵氧體是鐵和其它元素構(gòu)成的具有鐵磁性的復(fù)合氧化物，是電信技術(shù)中廣泛應(yīng)用的磁性材料。它的主要化學(xué)成分是FeOFe2O3，其中二價(jià)鐵也可以是其它二價(jià)金屬，如錳（Mn）、鎂（Mg）、鎳（Ni）、鋅（Zn）等。鐵氧體呈黑褐色，其機(jī)械性能類似于陶瓷硬而脆，具有很高的電阻率（達(dá)10的8次方Ω/cm），是一種低損耗的介質(zhì)材料。重要的是鐵氧體是一種磁旋介質(zhì)。第3頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月1磁旋介質(zhì)電子進(jìn)動模型磁旋介質(zhì)中，由于電子自旋磁矩（宏觀）存在，使得電子在強(qiáng)外磁場的作用下發(fā)生進(jìn)動，總的磁矩和外場方向有一定的夾角。當(dāng)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(yùn)動和軌道運(yùn)動,還將圍繞恒定磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,這種雙重的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動稱為電子進(jìn)動。由于電子的進(jìn)動,使鐵氧體呈現(xiàn)各向異性,這時(shí)鐵氧體的導(dǎo)磁率μ為張量。第4頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻磁場，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，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月2左旋和右旋磁導(dǎo)率的差異場移區(qū)諧振區(qū)第6頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月3場移區(qū)當(dāng)外穩(wěn)恒磁場較小時(shí)，鐵氧體材料工作在場移區(qū)。對左旋波是一種順磁介質(zhì)，且磁導(dǎo)率比一般的順磁介質(zhì)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(zhì)，且磁導(dǎo)率比一般的抗磁介質(zhì)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，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月3諧振區(qū)當(dāng)外穩(wěn)恒磁場較大時(shí)，的鐵氧體材料工作在諧振區(qū)。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(qiáng)的吸收，右旋波不可能在鐵氧體材料中傳播。第8頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月二場移式隔離器場移式隔離器是一種微波鐵氧體非互易元件，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(fù)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(wěn)定，同時(shí)也最大限度的抑制了因信源（內(nèi)阻）與傳輸線匹配不好而引起的信源端的反射。第9頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月1結(jié)構(gòu)和原理第10頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月2解釋波導(dǎo)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(qū)。波鐵氧體外側(cè)加吸收片，吸收左旋波，同時(shí)又為右旋波提供理想的導(dǎo)體邊界條件。第11頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月三環(huán)流器利用鐵氧體和分支波導(dǎo)構(gòu)成的環(huán)流器，是一種在微波系統(tǒng)中廣泛使用的具有非互易特性的分支元件。環(huán)流器由三個(gè)完全相同的波導(dǎo)互成配置成Y形結(jié)，在結(jié)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(gòu)成了環(huán)流器。

第13頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月理想的Y形結(jié)環(huán)流器的傳輸特性

當(dāng)微波信號從端口1輸入時(shí)，端口2輸出而端口3無輸出；當(dāng)微波信號從端口2輸入時(shí)，端口3輸出而端口1無輸出；當(dāng)微波信號從端口3輸入時(shí)，端口1輸出而端口2無輸出。若外加磁場方向改變?yōu)榕c現(xiàn)在的方向相反時(shí)，輸入的微波信號環(huán)流方向也與現(xiàn)在的環(huán)流方向相反。環(huán)流器是微波系統(tǒng)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(tǒng)中收發(fā)天線共用時(shí)的接收與發(fā)射信號的隔離，等等。第14頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)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(xiàn)不同導(dǎo)磁系數(shù)