微波铁氧体器件的非互易性和非线性问题分析

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1、摘要微波铁氧体的非互易性和非线性问题是两个技术关键问题，本文从磁矩进动方程出发，描述了铁氧体材料的旋磁特性，即磁导率张量特性及磁共振特性。以及电磁波在选磁介质中传播产生非互易传播特性。另一方面磁矩进动过程中，电子自旋磁矩的相互作用，导致了非线性效应，进动过程产生振动、晃动(障动)，导致了材料高功率非线性损耗出现和倍频、混频和互调信号的激发等非线性问题的出现。本论文的主要工作是应用上述微波铁氧体的基本原理，建立了微波在旋磁介质中传播的非互易方程和非线性方程，以高频电磁场结构仿真软件(HFSS)为平台，结合各种微波铁氧体器件的设计为实例，定量地或定性地研究了它们的性

2、能。第三章和第四章讨论了铁氧体器件的非互易性问题，微波铁氧体器件的非互易性有两类：幅度的非互易性，即正／反向传播时产生不同的损耗，与此相关的微波铁氧体器件有各种结构的Y形结环行器，如波导结环行器，带线和微带环行器，集总参数环行器等。通过一系列仿真设计结果和通过非互易方程的积分结果进行比较。通过上述一系列器件仿真结果来看，可以证明非互易方程的正确性，非互易原理可以指导铁氧体器件的设计工作。另一类非互易性为相位非互易性问题，不同传播方向或不同磁化方向传播产生不同的相位差值，可以设计成移相器和差相移环行器。除上述设计工作以外，对微波铁氧体非互易性机制的讨论至关重要，关

3、系到旋磁性的张量磁导率和非互易传输特性相关，为了深入对非互易性基本概念的理解，非互易方程中的场积分包括场分布和张量特性关系，通过一些设计实例，如Y形带线和微带环行器，波导Y形结环行器和铁氧体开关，对此用非互易性机理进行了详尽的研究和设计计算。本文应用了归一化非互易性方程，其积分计算结果和仿真结果相比较十分吻合。第五章研究了铁氧体器件的非线性问题：非线性问题有两类：第一类非线性问题为高功率非线性问题，当微波功率大于临界功率后材料产生非线性损耗，损耗迅速增大，其来源于自旋波激发。通过仿真设计，对场强分布的观察，估量出临界功率的大小，解决高功率器件设计问题。第二类非线

4、性问题为进动轨迹的扭曲产生的障动，或振动与晃动(摆动)。这在微波铁氧体器件应用到通讯技术中，同时出现两个主频．^，．历时，不仅有倍频效应2，l，瓢，还有混频效应，两者的复合效应便产生三阶互调信号：新兹及2J呸-／i，此信号对通讯中主频信号．^，．正产生严重干扰。所以重要的问题是研究铁氧体中的三阶互调问题以及如何去克服它，首先对出现三阶互调的磁谱进行了研究，为了减少三阶互调信摘要丁程硕士学位论文号，必须计算出三阶互调的磁谱曲线；通过920．925MHz和1840．1845MHz两个频率的设计，指出当工作磁场大于铁磁共振场并大于谐波共振场时，可以获得最小互调3-IM

5、D信号。第二，环行器的三阶互调可以通过HFSS仿真技术和数值计算法相结合进行，它和微波结构、材料磁矩采用、工作磁场大小密切相关。关键词：进动，张量磁导率，非互易性，数值积分，HFSS，开关环行器，移相器，开关环行器，非线性效应，三阶互调IIABSTRACTNon--reciprocityandNon·-linearityproblemsofthemicrowaveferritearetwokindsofbasickeytechnicalone．Inthisthesis，startfromprocessionequation，thegyro．magneticpro

6、pertyofferritematerial，i．e．tensorpermeabilitycharacteristicandferromagneticresonancepropertyarediscussedindetail，andelectro—magneticwavepropagateingyro—magneticmedium，inwhichitproducenon—reciprocaltransmissioneffect．Intheotherhand，inprocessofmagneticmomentprocession，duetospinmagnetic

7、momentinteracting，itdeducehigh—powernon—linearitylossinferritematerial．Someothers，magneticmomentprocessionwillbeperturbedbyvibration，shakeandothersinfectinwhichappeardoublingffequency，mixingffequency，and3-orderintermodulationeta1．non—linearity．Themainworkinthispaperistosetupnon-recip

8、rocalandnon．