微波技术课件第四章.ppt

第4章 无源微波器件 4.1 微波网络基础 4.2 匹配元件和连接元件 4.3 分路元件 4.4 定向耦合器 4.5 三分贝电桥 4.6 微波衰减器和滤波器 4.7 微波铁氧体器件 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 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： 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 1 2 3 4 5 6 表4-1-2 分析微波网络时的一些基本关系式 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 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。 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： 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 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 。 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 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） 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 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 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 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 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 4.1.4 多口网络及其化简 例4-1-2 E-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 4.1.4 多口网络及其化简 图4-1-4 四口网络微波电路 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 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 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 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。 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 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 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 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 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 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 （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。 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 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 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 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。 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 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。 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4-3-2 E-T接头中的场结构 a）奇模激励 b）偶模激励 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 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 4.3.2 魔T 1. 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 4.3.2 魔T 2. 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。 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。 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。 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4-3-5 E折双T接头 图4-3-6 H折双T接头 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 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 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 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 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 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 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 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。 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 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 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 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 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 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 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 。 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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。 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 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 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 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MgMn、Mg MnAl、NiZn、NiCo、Li等。 4.7.1 概述 2. 微波铁氧体的特点 （1）电阻率很高（达1011cm），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。 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。 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 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。 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 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 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 4.7.4 SUPW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。 4.7.4 SUPW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 4.7.4 SUPW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。 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 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 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 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 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 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 1231。 图4-7-9 Y结环形器的结构 图4-7-10 Y结环形器的工作特性 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1231 环行方向为1321 （2）若无耗三口网络是一个理想的三端口环行器，它的 所有端口必然是端口匹配状态。 4.7.6 环行器 2. Y结环行器