微波技术课件第四章

微波技术课件第四章第一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1微波网络基础4.1.1概述1.微波网络的概念与分类概念：为避开微波器件的内部场结构，将其视为具有几个端口的微波网络，再用类似于低频网络的方法处理，称之为微波网络方法。分类：分类方法类型按端口数量分一口网络、二口网络、多口网络按几何对称性分对称网络、非对称网络按物理对称性分互易网络、非互易网络按功率损耗分无耗网络、有耗网络按变换类型分线性网络、非线性网络第二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.1概述2.微波网络的特点（1）必须针对确定的模式。（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应的网络参量才能确定。（3）端口的电压、电流宜用归一化值。电压：进波：归一化进波：出波：归一化出波：第三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.1概述2.微波网络的特点序号非归一化形式归一化形式123456表4-1-2分析微波网络时的一些基本关系式第四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量1.转移参量（A参量）（1）归一化转移参量图4-1-1二口网络及端口的电压、电流第五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量（2）转移参量的物理意义——表示端口2开路时，端口2至端口1的电压转移系数——表示端口2短路时，端口2至端口1的转移阻抗。——表示端口2开路时，端口2至端口1的转移导纳。——表示端口2短路时，端口2至端口1的电流转移系数。第六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量例4-1-1：串联阻抗单元电路如图所示，推导该单元电路的A矩阵。端口2开路时端口2短路时图4-1-2串联阻抗单元电路解：第七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量（3）转移参量的性质（4）转移参量的传递性若网络对称，有a=d。若网络互易，由ad-bc=1。若网络无耗，有a、d为实数，b、c为纯虚数。图4-1-3二口网络的级联第八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量2.散射参量（S参量）定义：物理意义：——表示端口2接匹配负载时，端口1处的反射系数。——表示端口1接匹配负载时，端口2处的反射系数。——表示端口1接匹配负载时，端口2至端口1的电压传输系数。——表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的电压传输系数。第九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量性质若网络对称，有若网络互易，有若网络无耗，有第十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量3.阻抗参量（Z参量）和导纳参量（Y参量）第十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.2二口网络的网络参量4.网络参量之间的变换（1）Z参量与A参量的关系（2）Y参量与A参量的关系（3）S参量与归一化A参量的关系第十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.3二口网络参量的应用1.基本单元电路的A参量名称等效电路串联阻抗并联导纳理想变压器传输线段第十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.3二口网络参量的应用2.二口网络的工作特性参量（1）电压传输系数T：网络输出端接匹配负载时，输出端归一化出波与输入端归一化进波之比。（2）插入相移：电压传输系数的幅角，。（3）插入衰减：网络输出端接匹配负载时，输入端进波功率与输出端出波功率之比，单位为dB。

（4）插入驻波比：网络输出端接匹配负载时，输入端的驻波比第十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.4多口网络及其化简1.三口网络的S参量2.四口网络的S参量网络对称网络互易网络无耗网络对称互易第十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.4多口网络及其化简3.微波网络的一些化简条件端口状态用归一化进波、出波表示用电压、电流表示内部状态端口匹配参考面外移外部状态接开路负载

()接短路负载

()接短路活塞接匹配负载

()接任意负载第十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.4多口网络及其化简例4-1-2E-T接头的端口3接匹配负载，端口2接短路活塞（长为l的等效短路线），如图所示。求l＝?时输出到匹配负载的功率最大。已知E-T接头的散射矩阵是解：记第十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.1.4多口网络及其化简图4-1-4四口网络微波电路第十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2匹配元件和连接元件4.2.1匹配元件1.短路活塞短路活塞的功用是提供一个可变电抗，由一段传输线内置可调短路装置构成，分为接触式和扼流式两类。图4-2-1波导型短路活塞a）接触式b）扼流式第十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件2.膜片

（1）电容膜片：可等效成并联导纳单元电路

图4-2-2电容膜片a）对称型b）非对称型c）等效电路a）b）c）图4-2-3含电容膜片的波导的等效电路第二十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件（2）电感膜片电感膜片可等效成并联导纳单元电路图4-2-4电感膜片a）对称型b）非对称型c）等效电路第二十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件（3）谐振膜片可等效为LC并联谐振电路图4-2-5谐振膜片a）结构b）等效电路图4-2-6分析谐振膜片的坐标系令注：只要将膜片的4个顶点置于双曲线上，即可满足谐振条件。第二十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件3.销钉销钉由金属细圆杆构成。销钉的工作原理与膜片类似。图4-2-7销钉a）容性销钉b）感性销钉第二十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件4.螺钉可等效成并联可变电纳单元电路。等效电纳的性质与其粗细及插入深度有关。图4-2-8螺钉a）单螺钉b）双螺钉c）三螺钉d）四螺钉第二十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件5.阶梯波导图4-2-9阶梯波导a）结构图b）等效电路第二十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.1匹配元件6.渐变波导渐变波导是一种宽频带匹配元件，其功用与渐变线类似。图4-2-10线性渐变波导第二十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三

例4-2-1

匹配装置由同轴型短路活塞、波导型短路活塞和单电感销钉构成，如图所示。其功用是实现波导与同轴线之间的匹配连接。（1）试画出它的等效电路，（2）说明其工作原理。图4-2-11例4-2-1的匹配装置图4-2-12例4-2-1的分析a）等效电路b）化简（1）等效电路第二十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三主同轴线与特性阻抗为的长线段等效，主波导与等效阻抗为的长线段等效，波导型短路活塞被等效成可调电抗，同轴型短路活塞被等效成可调电抗，单电感销钉被等效成电感。图4-2-12例4-2-1的分析a）等效电路b）化简第二十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三（2）工作原理

例4-2-1

图4-2-12例4-2-1的分析

a）等效电路b）化简将处的两个并联阻抗和化为串联阻抗和。为使波导与同轴线之间实现匹配，需满足这两个条件可通过调节两个短路活塞实现。第二十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.2连接元件1.抗流接头抗流接头可避免接触电阻损耗。抗流接头的工作原理与扼流式短路活塞类似。图4-2-13波导型抗流接头第三十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.2连接元件2.波导弯头波导弯头用于改变TE10波的传输方向。图4-2-14波导弯头a）E面弯头b）H面弯头第三十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.2.2连接元件3.扭波导扭波导用于改变改变TE10波的极化方向。图4-2-15扭波导第三十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.3分路元件分路元件的功用是将一路微波信号按要求分成几路，或者将几路微波信号合成为一路。本节主要介绍T形接头，包括单T接头、魔T接头和折叠双T接头。第三十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三

4.3.1单T接头单T接头由两旁臂和一个分支臂构成。分为E-T接头和H-T接头两种图4-3-1单T接头a）E-T接头及其等效电路b）H-T接头及其等效电路第三十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三

4.3.1单T接头1.禁戒规则偶模激励只能激励起对称场，不能激励起反对称场，或者说反对称场被禁戒；奇模激励只能激励起反对称场而对称场被禁戒。奇模激励；偶模激励；反对称场；对称场。第三十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三

4.3.1单T接头2.E-T接头（1）奇模激励时E臂输出反对称场奇模激励：图a中分别从旁臂1和旁臂2输入的一对等幅反相的信号（TE10波）反对称场：图a中从E臂输出的TE10波的场结构相对于对称面T呈镜像。电力线被对称面分成两段，若两段对折正好大小相等、方向相反。图4-3-2E-T接头中的场结构a）奇模激励b）偶模激励第三十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三

4.3.1单T接头（2）偶模激励时E臂无输出（图4-3-2（b））（3）反对称场性质的S参量表示

（4）E-T接头的S矩阵第三十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三

4.3.1单T接头（5）E-T接头的传输特性当E臂为端口匹配状态时，端口1、2不可能处于端口匹配状态，且端口反射系数。当信号从E臂输入时，将从端口1、2等幅反相输出。当信号从旁臂1输入时，将被自身反射，从旁臂2输出，从E臂输出。3.H-T接头（5）E-T接头的传输特性当E臂为端口匹配状态时，端口1、2不可能处于端口匹配状态，且端口反射系数。当信号从E臂输入时，将从端口1、2等幅反相输出。当信号从旁臂1输入时，将被自身反射，从旁臂2输出，从E臂输出。3.H-T接头第三十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.3.2魔T1.魔T接头的组成魔T接头由双T接头内置匹配装置而成。双T接头可看成是E-T接头和H-T接头的组合。图4-3-3用匹配块匹配的魔T接头第三十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.3.2魔T2.魔T接头的S矩阵3.魔T接头的特性（1）匹配性：一旦有两个端口处于端口匹配状态，则另两个端口必然处于端口匹配状态。（2）均分性：无论从哪个端口输入功率，经过魔T接头后均从相邻臂等分输出。（3）隔离性：无论从哪个端口输入功率，经过魔T接头后相对的端口无输出。第四十页，共一百页，编辑于2023年，星期三

例4-3-1

雷达平衡式收发开关由2个魔T接头和2个谐振膜片式放电管构成，两个放电管与接头处的距离相差，如图4-3-4所示。试说明它的工作原理。图4-3-4某雷达的平衡式收发开关分析（1）来自发射机的大功率信号从魔T1的端口4输入后，只能经端口1、2等幅同相输出，到达放电管时惰性气体打火，使信号被全反射，从而不能到达接收机。又由于两放电管与魔T接头的距离相差，使反射信号到达端口1、2时等幅反相，故只能经端口3送至雷达天线。第四十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三图4-3-4某雷达的平衡式收发开关（2）来自雷达天线的回波信号从魔T1接头的端口3输入后，端口4无输出（即不能到达发射机），而只能经端口1、2等幅反相输出。由于放电管对小功率信号不起作用，故回波信号可顺利到达魔T2接头的端口1、2并保持等幅反相关系，于是只能经端口3至接收机。第四十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.3.3折叠双T折叠双T接头可看成是魔T接头的变形。E折双T接头是将魔T接头的两旁臂沿E面折弯90°而成；当端口1、2偶模输入时，E臂有输出，H臂无输出；当端口1、2奇模输入时，H臂有输出，E臂无输出。H折双T接头是将魔T接头的两旁臂沿H面折弯90°而成；当端口1、2偶模输入时，H臂有输出，E臂无输出；当端口1、2奇模输入时，E臂有输出，H臂无输出。图4-3-5E折双T接头图4-3-6H折双T接头第四十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4定向耦合器构成：由主线和副线构成，通过耦合机构将主线上的功率耦合到副线。功用：按一定比例从主馈线中提取能量，并使之在副线中沿一定方向输出，常用于微波电路的监视和测量。图4-4-1定向耦合器的一般构成第四十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.1定向耦合器的主要参数1.耦合度耦合度是耦合到副线的功率多少的量度，单位为dB。2.方向性方向性是耦合信号定向传输程度的量度，单位为dB。

图4-4-1定向耦合器的一般构成第四十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.2同轴型定向耦合器1.工作过程构成：耦合机构为小孔，主线的左端至天线，右端至发射机，副线的左端接匹配负载，右端接指示计。工作过程：当发射功率向天线传输时，少量功率被耦合到副线，耦合到上副线的功率沿其正方向传输至指示计，供监视或测量；少量的反方向功率则被匹配负载吸收。图4-4-2同轴型定向耦合器第四十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.2同轴型定向耦合器2.工作原理通过电场耦合与磁场耦合的共同作用实现定向耦合。是一种反向耦合器。3.夹角的作用调节耦合电流的强弱，使最小图4-4-3同轴型定向耦合器的工作原理（a）电场耦合（b）磁场耦合（c）耦合的合成第四十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.3波导型单孔定向耦合器1.组成由主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是开在公共宽壁中央的小孔。图4-4-4波导型单孔定向耦合器第四十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.3波导型单孔定向耦合器2.工作原理通过电场耦合与磁场耦合的共同作用实现定向耦合。是一种反向耦合器。图4-4-5波导型单孔定向耦合器的工作原理（a）电场耦合（b）磁场耦合（c）耦合的合成第四十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.4波导型十字缝定向耦合器构成：由相互垂直的主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是十字形缝隙。由于主波导和副波导的功率传输方向相互垂直，它是一种垂直耦合器。图4-4-6波导型十字缝定向耦合器第五十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.4波导型十字缝定向耦合器1.TE10波中的圆极化磁场由圆极化的定义（1）在x1、x2处，TE10波的磁场是旋向相反的圆极化磁场。（2）旋向规律：以TE10波的传播方向为参考，x1处为左圆极化磁场，

x2处为右圆极化磁场。第五十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.4波导型十字缝定向耦合器2.工作原理（1）若主线中TE10波的传播方向向下，则十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场（逆时针方向）。（2）耦合到副线后，十字缝处仍然应为左圆极化磁场。（3）假设副线中TE10波的传播方向向左。这时，由于十字缝位于视线的右边，按照旋向判断方法，十字缝处为右圆极化磁场。这与要求的极化旋向矛盾，因此假设错误。（4）再假设副线中TE10波的传播方向向右，这时，由于十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场。这与要求的极化旋向一致，因此副线的正方向应该是向右。图4-4-8副线正方向的判断第五十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.4.4波导型十字缝定向耦合器3.副线正方向的简易判断方法过十字缝作对角线，再使主线输入信号在到达十字缝之前折弯，若能与对角线相交，则该方向就是副线的正方向。图4-4-9副线正方向的简易判断方法第五十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5三分贝电桥4.5.1二分支三分贝电桥构成：由上下主线和两条分支线构成，主线长，特性导纳为，分支线长也是，特性导纳为。图4-5-1同轴型二分支三分贝电桥第五十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.1二分支三分贝电桥1.二分支三分贝电桥的奇偶模分解偶模激励时端口1、4的输入电流等幅同相，A点、B点为等效开路。奇模激励时端口1、4的输入电压等幅反相，A点、B点为等效短路。图4-5-2二分支三分贝电桥的等效电路a)偶模等效电路b)奇模等效电路第五十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.1二分支三分贝电桥2.奇偶模等效电路的归一化A矩阵和S矩阵偶模等效电路奇模等效电路第五十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.1二分支三分贝电桥3.二分支三分贝电桥的S矩阵偶模激励时奇模激励时对一般激励第五十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.1二分支三分贝电桥4.二分支三分贝电桥的工作特性当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时：（1）从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离。（2）以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后和。第五十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.2三分支三分贝电桥S矩阵工作特性当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时，从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离；以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后和。图4-5-3同轴型三分支三分贝电桥第五十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.3环形三分贝电桥构成如图所示，线环的中心线长，特性导纳为；线环上相邻端口间的圆弧长；分支线的特性导纳为。S矩阵

图4-5-4同轴型环形三分贝电桥第六十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.4三分贝电桥的应用1.三分贝电桥的短路特性端口1的输入信号全部从端口4输出，输出信号的相位滞后。图4-5-5三分贝电桥的短路特性第六十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.4三分贝电桥的应用2.三分贝电桥的串联特性任一端口的输入信号全部从对角线上的端口输出，输出信号的相位滞后。图4-5-6三分贝电桥的串联特性第六十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.4三分贝电桥的应用

例4-5-1

某雷达的平衡式收发开关如图4-5-7所示，试分析其工作原理。图中，平衡式收发开关由两个同轴型三分支三分贝电桥串联而成，在串联处接有TR放电管。其端口1至发射机，端口5至接收机，端口4接雷达天线，端口6接匹配负载。TR放电管的作用是工作于高功率状态时打火，使左边的三分贝电桥呈短路特性；工作于小功率状态时不打火，使三分贝电桥组合呈串联特性。图4-5-7某雷达的平衡式收发开关第六十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.5.4三分贝电桥的应用分析：当大功率信号从端口1输入时，由于TR放电管打火，使左边的三分贝电桥呈短路特性，发射功率全部从端口4输出至雷达天线，端口5（即接收机）、端口6被隔离。当来自雷达天线的回波信号从端口4输入时，由于三分贝电桥组合呈串联特性，故回波信号全部送至端口5（即接收机），端口1、端口6被隔离。图4-5-7某雷达的平衡式收发开关第六十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6微波衰减器和滤波器4.6.1微波衰减器1.吸收式衰减器构成：由一段传输线内置吸波装置而成优缺点：优点是频带宽，功率容量大，起始衰减量小，稳定性好，缺点是精度较差。图4-6-1吸收式衰减器（a）固定式（b）可变式第六十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.1微波衰减器2.旋转式衰减器构成：由两段同向放置的矩形波导和一段圆波导构成，内置衰减片。工作原理：基于衰减片只衰减电场平行分量的原理。优缺点：优点是频带宽，精度高，起始衰减量小；缺点是结构复杂，较昂贵。图4-6-2旋转式衰减器及其工作原理第六十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.1微波衰减器3.截止式衰减器工作原理：利用波导的截止状态制作而成。工作波长范围衰减量优缺点：优点是频带宽，精度高，可用作标准衰减器；缺点是起始衰减量太大。dB第六十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.2微波滤波器1.微波低通滤波器构成：由粗细跳变的同轴线内导体构成，由于形状似葫芦，俗称糖葫芦滤波器。该等效电路是集中参数低通滤波器的原型电路。图4-6-3糖葫芦滤波器及其等效电路(a)结构(b)等效电路第六十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.2微波滤波器2.微波高通滤波器构成：由若干段芯线及与之并联的短路分支线构成，芯线段之间留有间隙并用聚四氟乙烯介质填充。该等效电路是集中参数高通滤波器的原型电路。图4-6-4微波高通滤波器(a)结构(b)等效电路第六十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.2微波滤波器3.微波带通滤波器构成：由若干间距相等的电感膜片和调谐螺钉构成，螺钉置于相邻电感膜片之间且位于波导宽壁中央。该等效电路是集中参数带通滤波器的原型电路。图4-6-5直接耦合式微波带通滤波器(a)结构(b)等效电路第七十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.2微波滤波器4.微波带阻滤波器构成：由主线和若干并联分支线构成，分支线长度为，分支线间距也为。该等效电路是集中参数带阻滤波器的原型电路。图4-6-6分支线式微波带阻滤波器(a)结构(b)等效电路第七十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.3微波周期性结构简介结构（1）电抗加载周期性结构。（2）介质加载周期性结构。（3）频率选择表面（FSS），即通过将表面周期性地分区使之具有频率选择性。第七十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.3微波周期性结构简介分析步骤（1）写出电抗加载单元电路的矩阵图4-6-7电抗加载单元电路第七十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.3微波周期性结构简介（2）写出电抗加载单元电路的色散方程若上式存在非零解，当且仅当系数矩阵的行列式等于零第七十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.6.3微波周期性结构简介（3）对色散方程进行讨论——通带条件——阻带条件第七十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7微波铁氧体器件4.7.1概述1.什么是铁氧体铁氧体是一种非金属磁性材料，由氧化铁与其它金属氧化物混合烧结而成。分子式为，其中，M表示二价金属分子，在微波波段通常指Mg－Mn、Mg－Mn－Al、Ni－Zn、Ni－Co、Li等。

第七十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.1概述2.微波铁氧体的特点（1）电阻率很高（达1011Ω·cm），接近于绝缘体，因此电磁波可以在其中传播。（2）磁导率随外加直流磁场的变化而变化，因而磁导率可以电调。（3）具有磁各向异性，即它的磁导率不再是标量，而需要用张量来描述，称为张量磁导率。因此微波铁氧体器件一般是非互易器件。第七十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.2铁氧体的张量磁导率1.铁氧体的磁化外加恒定磁场图4-7-1磁化强度的进动——铁氧体的本征进动频率或拉摩进动频率实际的铁氧体存在损耗，使在很短时间内与的方向趋于一致，这一现象称为铁氧体被磁化。第七十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.2铁氧体的张量磁导率2.无耗铁氧体的张量磁导率定义外加磁场当工作在小信号状态时第七十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.2铁氧体的张量磁导率3.关于张量磁导率的讨论（1）在与垂直的方向，不仅对有贡献，而且对也有贡献。亦然。称这种性质为磁各向异性。（2）为一特殊方向，该方向的只与有关，即在方向铁氧体与磁导率为标量的介质无异。（3）当，即交变磁场的频率接近于拉摩进动频率时，有，。称这种现象为铁氧体的铁磁谐振效应。在铁磁谐振状态下，铁氧体强烈吸收交变磁场的能量。第八十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.3微波铁氧体的正负圆极化磁导率1.正圆极化磁场及正圆极化磁导率（1）正圆极化磁场

与恒定磁场呈右手螺旋关系

（2）正圆极化磁导率第八十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.3微波铁氧体的正负圆极化磁导率2.负圆极化磁场及负圆极化磁导率负圆极化磁场与恒定磁场呈左手螺旋关系

负圆极化磁导率第八十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.3微波铁氧体的正负圆极化磁导率3.关于正负圆极化磁导率的讨论（1）正圆极化磁导率曲线可分成三段为铁磁谐振点。对应曲线的左半支，这时，为低场区。对应曲线的右半支，这时，为高场区。（2）负圆极化磁导率曲线比较平坦。图4-7-2正负圆极化磁导率曲线第八十三页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.4SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播1.纵向磁化情形和法拉第效应（1）时SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播对SUPW有

结论：对纵向磁化情形，SUPW被分解成两部分，一部分是正圆极化的SUPW，以相速度传播；另一部分是负圆极化的SUPW，以相速度传播。第八十四页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.4SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播1.纵向磁化情形和法拉第效应

（2）法拉第效应特点：工作在低场区时，的旋向与呈右手螺旋关系。工作在高场区时，的旋向与呈左手螺旋关系。是一种非互易效应。

图4-7-3法拉第旋转角——法拉第旋转角第八十五页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.4SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播2.横向磁化情形和双折射效应时SUPW被分裂成两部分，一部分是TEM波，它的相速度与铁氧体的磁化状态无关，称为寻常波或o波；另一部分是椭圆极化波，它的相速度与铁氧体的磁化状态有关，称为非寻常波或e波。双折射效应：横向磁化时SUPW被分裂成o波和e波的现象。第八十六页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.5隔离器1.旋转式隔离器构成：由两段圆方波导和内置铁氧体棒的圆波导段构成，圆波导段外壁装有永久磁铁，用来提供纵向偏置磁场。图中，波导1和波导2呈夹角，铁氧体棒的法拉第旋转角也是。图4-7-4旋转式隔离器第八十七页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.5隔离器工作原理（1）电磁波向右传输时，波导1中TE10波经圆方波导后转换成圆波导的TE11波。由法拉第效应，电场方向右旋。到达波导2时与其所需的TE10波的电场方向一致，因此，信号顺利输出。（2）电磁波向左传输时，TE10波从波导2传输至波导1的过程中，电场方向仍然右旋，到达波导1时与其所需的TE10波的电场方向正交，因此，波导1无输出。图4-7-5旋转式隔离器的工作原理第八十八页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.5隔离器2.场移式隔离器场移式隔离器由内置铁氧体片和衰减片的矩形波导段构成。图中，铁氧体片置于TE10波的圆极化磁场处，衰减片紧贴在铁氧体片上，安装有永久磁铁用来提供横向偏置磁场，并使铁氧体工作在的低场区。图4-7-6场移式隔离器第八十九页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.5隔离器（1）场移效应TE10波传入纸面的情况。铁氧体片处存在左圆极化磁场，是正圆极化磁场，使合成磁场削弱。这一现象好像是铁氧体片将TE10波的场转移到了其外部空间。TE10波传出纸面的情况。铁氧体片处存在右圆极化磁场，是负圆极化磁场，对磁场分布的影响不明显。由于铁氧体的介电常数较大，使铁氧体内的电场增强。这一现象好像是铁氧体片将TE10波的场向其内部有所集中。铁氧体的这种改变场分布的作用称为场移效应。场移效应是一种非互易效应。图4-7-7铁氧体的场移效应第九十页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.5隔离器（2）场移式隔离器的工作原理由于衰减片的作用使得：当TE10波穿入纸面传输时，铁氧体处的场很弱，衰减片不起作用，因此，TE10波顺利传输。当TE10波穿出纸面传输时，铁氧体处的场较强，在传输过程中这些功率被衰减片吸收，因此，TE10波不能顺利传输。

3.谐振吸收式隔离器图4-7-8谐振吸收式隔离器第九十一页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.6环行器结构由互成120°的Y形板线、两块圆饼状铁氧体和永久磁铁（钡铁）构成，铁氧体上下夹住板线的芯线形成结区，永久磁铁用于提供横向偏置磁场。工作特性从端口1输入的功率全部从端口2输出，端口1无反射，端口3被隔离，余类推。这一工作特性简记为1→2→3→1。图4-7-9Y结环形器的结构图4-7-10Y结环形器的工作特性第九十二页，共一百页，编辑于2023年，星期三4.7.6环行器1.Y结环行器的S矩阵

（1）若无耗三口网络的所有端口均为端口匹配，它必然是一个理想的三端口环行器。

环行方向为1→2→3→1环行方向为1→3→2→1

（2）若无耗三口网络是