《microwav电子科大》教学课件

《microwav电子科大》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《microwav电子科大》幻灯片本课件PPT仅供大1有 ①kc2=0 vp=v→C ②kc2>0 vp>v→C快波 ③kc2<0 vp<v→C慢波 用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行系统称为微波周期结构。可实现慢波传输。属非谐振周期电路与专门的滤波器电路有区别。应用：微波行波管、微波直线加速器、铁氧体器件、行 波管量子放大器等。两个基本特性：①通带/阻带特性；②慢波特性分析方法： 电磁场方法 等效电路方法→微波网络微波周期结构真空时有 ①kc2=0 vp=v→C微波周期2所有的周期构造都具有如下共性：①类似于滤波器的带通和带阻特性；②周期构造上的导波为慢波，其相速度比未加载线的相速度要慢。微波周期结构所有的周期构造都具有如下共性：微波周期结构3福罗奎〔Floquet〕定理：将系统沿向移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结构完全重合，此时，在给定的稳态频率下，对于系统沿中某个特定传输波型，它在某截面处的场与相隔周期长度整数倍处的场仅仅相差一个复数常数。福罗奎定理可用电场矢量表示成：其周期与周期构造的空间周期一样，记作L，即有微波周期结构福罗奎〔Floquet〕定理：微波周期结构48.6铁氧体元件8.6.1微波在铁氧体中的传播特性铁氧体的一般性质铁氧体是由金属氧化物混合烧结而成的磁性材料。其化学表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、镍、镉等或者是它们的混合物。铁氧体的相对介电常数在10～20之间,εr较大;铁氧体是良好的绝缘体，ρ很小即介质损耗很低，约在10-3～10-4之间，故可用于微波波段。外加磁场下，μ各向异性，具有盘旋媒质特性，为旋磁媒质。各向异性〔不同方向具有不同特性〕材料，有非互易特性，所制作的微波元件必定是非互易→Sij≠Sji铁氧体元件8.6铁氧体元件铁氧体元件5磁化铁氧体的张量磁化率和张量磁导率电子的进动及进动方程电子自旋在其自旋轴的两个方向上产生一个机械矩〔或称动量矩〕和一个磁矩〔又称玻尔磁子〕，它们的大小为假定上述电子位于一均匀的恒磁场中，那么会对电子磁矩发生作用而产生一个转矩矢量。铁氧体元件磁化铁氧体的张量磁化率和张量磁导率铁氧体元件6由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使围绕着不断地转动，称为拉摩进动。忽略阻尼作用时，磁矩的进动为自由进动。如下图：铁氧体元件由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使围绕着铁氧体7磁化强度微扰外恒磁场的进动方程为

实际上铁氧体材料总是存在损耗的，损耗使自旋磁矩进动受到阻尼，此时进动方程改写为：

铁氧体元件磁化强度微扰外恒磁场的进动方程为铁氧体元件8张量磁化率与张量导磁率铁氧体的磁化率是一个三阶张量，用表示：铁氧体元件张量磁化率与张量导磁率铁氧体元件9铁氧体的张量磁导率为式中

ω0→进动角频率；ωm＝μγMs；表征铁氧体饱和磁化强度的重要参数是4πMs，一般300～5000高斯。铁氧体元件铁氧体的张量磁导率为 ω0→进动角频率；ωm＝μγMs；表征10平面电磁波在铁氧体中传播特性假定铁氧体媒质均匀充满无限大空间，平面电磁波的传播方向z与一致。沿z传播的平面波的电磁波为利用麦克斯韦方程，可求得铁氧体元件平面电磁波在铁氧体中传播特性铁氧体元件11假设取，可得：该式代表一正旋圆极化或右旋圆极化波，即顺着外加恒磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅顺时针转的波，如图所示：铁氧体元件假设取，可得：铁氧体元件12假设取，可得：该式代表为负旋圆极化或左旋圆极化波，即顺着外加恒磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅反时针转的波，如图所示：铁氧体元件假设取，可得：铁氧体元件13上述结果说明：1.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波，是圆极化TEM波；2.对于圆极化波，铁氧体的导磁率不在为张量而为标量，这意味着磁化铁氧体媒质对圆极化波表现为各向同性，但导磁率的大小与圆极化波的旋转方向有关。8.6.2旋磁效应、微波铁氧体元件旋磁效应1.铁磁谐振效应铁氧体元件上述结果说明：铁氧体元件14当时，由得知：正旋圆极化波的相速为零，波不传播，这种现象称为铁磁谐振。注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，在任何频率上都无法同步，故不发生谐振。因此，铁磁谐振仅对右旋波而言。铁氧体元件当时，由铁氧体元件152.法拉第旋转效应定义：线性极化波在纵向磁化铁氧体内传播过程中极化而发生旋转的效应。

产生机理：一个线性极化波可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波，而这两个圆极化波在纵向磁化的铁氧体媒质中传播的相速不同(相位常数不同)，因此，传播途中不同距离上两圆极化波合成的线极化波的极化方向不同，即极化面发生了旋转。如以下图所示：铁氧体元件2.法拉第旋转效应铁氧体元件16应当指出，由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)分为右旋和左旋圆极化波，因此，只要恒定磁场方向不变，无论波沿+z方向或沿-z方向传播，极化面旋转方向是不变的。这一特性称为法拉第旋转的非互易性。铁氧体元件应当指出，由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)铁氧体元件173.场移效应定义：场移效应是对放入导波系统中的铁氧体，外加横向横磁场(垂直于波的传播方向)时，使导波场的分布产生横向移动的效应。微波铁氧体元件隔离器—常用于微波源与负载之间，使全部功率传至负载而反射功率不到微波源。场移式隔离器铁氧体元件3.场移效应铁氧体元件18铁氧体侧面上贴一薄电阻片(或电阻膜层)，电阻片可将反向波吸收掉而只传输正向波，从而构成了一个隔离器，如图：缺点：因靠电阻片吸收反射波，故仅适用于低功率。铁氧体元件铁氧体侧面上贴一薄电阻片(或电阻膜层)，电阻片可将铁氧体元件19谐振式隔离器利用铁氧体对右旋圆极化波产生谐振吸收的特性可作成谐振式隔离器。可用于高功率系统。铁氧体元件谐振式隔离器铁氧体元件20法拉第旋转式隔离器它由一段扭转45°的矩形波导和一段45°法拉第旋转圆波导相连，圆波导的另一端为圆到矩形变换器。铁氧体元件法拉第旋转式隔离器铁氧体元件21铁氧体非互易移相器—利用铁氧体导磁率随外加恒磁场而变化的特性使输入和输出端口之间产生给定相移的两端口元件。法拉第旋转式移相器使用90°矩形扭波导和90°法拉第旋转圆波导段，输入和输出波导中没有电阻片。构造如以下图所示：铁氧体元件铁氧体非互易移相器—利用铁氧体导磁率随外加恒磁场铁氧体元件22圆极化式移相器将矩形波导TE10模经极化变换器变换为圆波导中的圆极化波，再利用圆极化波在铁氧体中相位常数随外恒磁场H0的变化而获得给定相移。铁氧体元件圆极化式移相器铁氧体元件23环行器—使电磁波按一定顺序从一个端口传向另一个端口。三端口环行器由互成120°角的三分支矩形波导构成Y型构造，在H面Y结中心处置有一横向磁化铁氧体柱。外恒磁场H0垂直H面。铁氧体元件环行器—使电磁波按一定顺序从一个端口传向另一个端铁氧体元件24四端口环行器以下图是由一个法拉第旋转倒相器和两个魔T构成的四端口环行器。铁氧体元件四端口环行器铁氧体元件25铁氧体元件铁氧体元件26《microwav电子科大》幻灯片本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！本课件PPT仅供大家学习使用学习完请自行删除，谢谢！《microwav电子科大》幻灯片本课件PPT仅供大27有 ①kc2=0 vp=v→C ②kc2>0 vp>v→C快波 ③kc2<0 vp<v→C慢波 用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行系统称为微波周期结构。可实现慢波传输。属非谐振周期电路与专门的滤波器电路有区别。应用：微波行波管、微波直线加速器、铁氧体器件、行 波管量子放大器等。两个基本特性：①通带/阻带特性；②慢波特性分析方法： 电磁场方法 等效电路方法→微波网络微波周期结构真空时有 ①kc2=0 vp=v→C微波周期28所有的周期构造都具有如下共性：①类似于滤波器的带通和带阻特性；②周期构造上的导波为慢波，其相速度比未加载线的相速度要慢。微波周期结构所有的周期构造都具有如下共性：微波周期结构29福罗奎〔Floquet〕定理：将系统沿向移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结构完全重合，此时，在给定的稳态频率下，对于系统沿中某个特定传输波型，它在某截面处的场与相隔周期长度整数倍处的场仅仅相差一个复数常数。福罗奎定理可用电场矢量表示成：其周期与周期构造的空间周期一样，记作L，即有微波周期结构福罗奎〔Floquet〕定理：微波周期结构308.6铁氧体元件8.6.1微波在铁氧体中的传播特性铁氧体的一般性质铁氧体是由金属氧化物混合烧结而成的磁性材料。其化学表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、镍、镉等或者是它们的混合物。铁氧体的相对介电常数在10～20之间,εr较大;铁氧体是良好的绝缘体，ρ很小即介质损耗很低，约在10-3～10-4之间，故可用于微波波段。外加磁场下，μ各向异性，具有盘旋媒质特性，为旋磁媒质。各向异性〔不同方向具有不同特性〕材料，有非互易特性，所制作的微波元件必定是非互易→Sij≠Sji铁氧体元件8.6铁氧体元件铁氧体元件31磁化铁氧体的张量磁化率和张量磁导率电子的进动及进动方程电子自旋在其自旋轴的两个方向上产生一个机械矩〔或称动量矩〕和一个磁矩〔又称玻尔磁子〕，它们的大小为假定上述电子位于一均匀的恒磁场中，那么会对电子磁矩发生作用而产生一个转矩矢量。铁氧体元件磁化铁氧体的张量磁化率和张量磁导率铁氧体元件32由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使围绕着不断地转动，称为拉摩进动。忽略阻尼作用时，磁矩的进动为自由进动。如下图：铁氧体元件由于电子有自旋运动，外加转矩的作用使围绕着铁氧体33磁化强度微扰外恒磁场的进动方程为

实际上铁氧体材料总是存在损耗的，损耗使自旋磁矩进动受到阻尼，此时进动方程改写为：

铁氧体元件磁化强度微扰外恒磁场的进动方程为铁氧体元件34张量磁化率与张量导磁率铁氧体的磁化率是一个三阶张量，用表示：铁氧体元件张量磁化率与张量导磁率铁氧体元件35铁氧体的张量磁导率为式中

ω0→进动角频率；ωm＝μγMs；表征铁氧体饱和磁化强度的重要参数是4πMs，一般300～5000高斯。铁氧体元件铁氧体的张量磁导率为 ω0→进动角频率；ωm＝μγMs；表征36平面电磁波在铁氧体中传播特性假定铁氧体媒质均匀充满无限大空间，平面电磁波的传播方向z与一致。沿z传播的平面波的电磁波为利用麦克斯韦方程，可求得铁氧体元件平面电磁波在铁氧体中传播特性铁氧体元件37假设取，可得：该式代表一正旋圆极化或右旋圆极化波，即顺着外加恒磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅顺时针转的波，如图所示：铁氧体元件假设取，可得：铁氧体元件38假设取，可得：该式代表为负旋圆极化或左旋圆极化波，即顺着外加恒磁场方向看去，Ht随时间以固定振幅反时针转的波，如图所示：铁氧体元件假设取，可得：铁氧体元件39上述结果说明：1.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波，是圆极化TEM波；2.对于圆极化波，铁氧体的导磁率不在为张量而为标量，这意味着磁化铁氧体媒质对圆极化波表现为各向同性，但导磁率的大小与圆极化波的旋转方向有关。8.6.2旋磁效应、微波铁氧体元件旋磁效应1.铁磁谐振效应铁氧体元件上述结果说明：铁氧体元件40当时，由得知：正旋圆极化波的相速为零，波不传播，这种现象称为铁磁谐振。注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，在任何频率上都无法同步，故不发生谐振。因此，铁磁谐振仅对右旋波而言。铁氧体元件当时，由铁氧体元件412.法拉第旋转效应定义：线性极化波在纵向磁化铁氧体内传播过程中极化而发生旋转的效应。

产生机理：一个线性极化波可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波，而这两个圆极化波在纵向磁化的铁氧体媒质中传播的相速不同(相位常数不同)，因此，传播途中不同距离上两圆极化波合成的线极化波的极化方向不同，即极化面发生了旋转。如以下图所示：铁氧体元件2.法拉第旋转效应铁氧体元件42应当指出，由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)分为右旋和左旋圆极化波，因此，只要恒定磁场方向不变，无论波沿+z方向或沿-z方向传播，极化面旋转方向是不变的。这一特性称为法拉第旋转的非互易性。铁氧体元件应当指出，由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)铁氧体元件433.场移效应定义：场移效应是对放入导波系统中的铁氧体，外加横向横磁场(垂直于波的传播方向)时，使导波场的分布产生横向移动的效应。微波铁氧体元件隔离器—常用于微波源与负载之间，使全部功率传至负载而反射功率不到微波源。场移式隔离器铁氧体元件3.场移效应铁氧体元件44铁氧体侧面上贴一薄电阻片(或电阻膜层)，电阻片可将反向波吸收掉而只传输正向波，从而构成了一个隔离器，如图：缺点