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微波器件――铁氧体隔离器与环行器 |
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南京汇研微波系统工程有限公司
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● 什么是铁氧体 |
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铁氧体是由铁氧化物和金属氧化物混合烧结后制成的黑褐色陶瓷状磁介质材料（又称黑磁）。和金属材料相比它具有很高的电阻率 |
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（约107～1011欧姆*厘米），就其导电性能而言铁氧体接近绝缘体，因而电磁波可以伸入到铁氧体内部产生磁效应。微波电磁波在其内 |
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传输介质损耗很小，这是比金属可贵的一种特性，也是与其它铁氧体材料的重要区别。铁氧体这一特性在微波元器件中得到广泛的应用。 |
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另外，铁氧体加恒定磁场后，对电磁波在各方面上将表现不同的磁导率，利用这种异向磁导率可以制成传输特性不可逆的微波器件， |
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铁氧体隔离器和环流器是应用最多的两种微波器件。
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●
铁氧体隔离器 |
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隔离器又称单向器，它是一种单向传输电磁波的器件，当电磁波沿正向传输时，可将功率全部馈给负载，对来自负载的反射波则产 |
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生较大衰减，这种单向传输特性可以用于隔离负载变动对信号源的影响。场移式隔离器和法拉第旋转隔离器是微波系统中常用的两种隔
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离器件。现以场移式隔离器为例，进一步讲述铁氧体隔离器的工作原理。 |
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当将外加直流磁场H0与电磁波传输方向垂直并同时作用在铁氧体中时，称这种被磁化的铁氧体为横向磁化铁氧体。在该铁氧体内将 |
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产生不可逆场移效应，利用这一特性可以制成单向传输器件。 |
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在矩形波导中沿其纵向放置一块铁氧体片，并外加横向直流磁场H0。如下图，当电磁波沿波导正向传输时，将产生图示的正反向场 |
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强的场移现象。当波正面传输时，由于ur＋很小将使电磁场离开铁氧体使TE10波的场强最大值位置向右略有偏移，而对反向传输的电磁 |
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波，由于ur－很大将使电磁场能量能量集中于铁氧体附近，使TE10波的场强分布向左产生偏移，如图所示。这种由横向磁化铁氧体引起 |
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的场强分布偏移现象称场移效应。利用这种效应做成的单向器称为场移式隔离器。 |
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图一
不可逆场移效应 |
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隔离器的一种典型应用是隔离振荡器与其负载以稳定振荡器的工作，当将隔离器置于振荡器与负载之间时，利用其单向传输特性， |
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振荡的信号只能无衰减的馈给负载，而由负载反射的电磁波不能反馈回振荡器，这样当负载产生变动时不致影响振荡器的稳定工作，因 |
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而提高了振荡器的频率稳定性。 |
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● 铁氧体环形器 |
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环形器是一种多端口定向传输电磁波的微波器件。其中使用最多的是三端口和四端口环形器。 |
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图二
环形器的传输特性 |
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铁氧体环形器种类很多，现以常用的结型环形器为例讲述工作原理。 |
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下图为三端口结型波导环形器示意图。由于三个分支波导交于一个微波结上，故称“结”型。这里分支传输线为波导，但也可由同 |
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轴线或微带线等构成。 |
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图三
结型波导环行器 |
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图示为三端对称（各臂间隔120°）的分支结构，所以又称Y型环流器。该环流器内置有一个圆柱形铁氧体柱，为了使电磁波产生场 |
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移效应，通常在铁氧体柱上沿轴向施加恒磁场H0。根据前述场移效应原理，被磁化的铁氧体将对通过的电磁波产生场移，并遵循图一的 |
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规律。当电磁波由臂1馈入时由于场移效应它将向臂2方向同理由臂2馈入的电磁波也只向臂3方向偏移而不会馈入臂1。依次类推，该环 |
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形器将具有向右定向传输电磁能的特性，如图二所示。 |
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铁氧体环形器常应用于微波发生电源与微波腔体之间，特别是在反应环境十分恶劣的情况下能保护发生电源与磁控管的安全。 |
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