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一文掌握微波铁氧体材料

射频学堂

2年前浏览1159

我们在前面的学习中，简单介绍了微波非互易器件环形器。接下来我们重点学习一下这类器件的构成。

在非互易器件的设计中，非互易材料是必不可少的，在微波器件中应用最为广泛的非互易材料就是铁氧体材料。今天我们重点来学习一下铁氧体材料的相关知识。

No.1 什么是铁氧体

铁氧体是一种铁磁材料，由二价金属锰，铜，镁，锌，镍，钇等氧化物与氧化铁Fe2O3 烧结而成的多晶或者单晶材料，外表类似陶瓷。

铁氧体的主要特点有：

1，高电阻率；

铁氧体的电阻率高达10^8Ohm.cm.比铁的电阻率大10^12~10^16倍，损耗角正切约为0.0001~0.001，故其损耗很小。在微波频段，铁氧体的相对介电常数约为10~20. 所以铁氧体是一种损耗小，介电常数高的介质材料；

2，铁氧体是一种非线性的各向异性磁性物质

铁氧体的磁导率随着外加磁场的变化而变化，具有非线性。当给铁氧体添加恒定磁场后，在恒定磁场作用下，铁氧体内部的电子产生进动，使得铁氧体具有张量磁导率，它在各个方向上对微博磁场呈现的磁导率不同，具有各向异性特性。当电磁波从不同方向通过磁化铁氧体时，便呈现出一种非互易特性。

3，尽管微波不能穿透一般的金属材料，但是能够传统有限厚度的铁氧体片。从而使得磁化铁氧体的非互易特性能够贵穿过铁氧体片的微波电磁场起作用，来构成非互易的微波器件。

No.2 铁氧体原理与分类

波铁氧体器件是利用铁氧体的旋磁效应制成的。它是一种非线性各向异性的磁性物质，它的磁导率随外加磁场而变化，具有非线性；当加恒定磁场时．各方向上对微波磁场的磁导率也是不同的，即具有各向异性，由于这些特性，当电磁波从不同的方向通过铁氧体时，会呈现一种非互易性。由此制作成各种非互易的铁氧体元件。

目前在微波领域中应用最广泛的旋磁铁氧体材料有石榴石型铁氧体及尖晶石型铁氧体两种，前者以YIG、YCaVIG、YGdIG、YAIIG等系列为主，后者以Ni系、Li系为主。

下面是来自于国睿科技的铁氧体材料特性表：

微波铁氧体器件种类很多。按功能分有：隔离器、环行器、开关、相移器、调制器、磁调滤波器、磁调振荡器、磁表面波延迟线等；按结构形式分有：波导式、同轴式、带线式及微带式；按工作方式分有：法拉第旋转式、共振式、场移式、结式等；按所用材料分有：多晶铁氧体器件，单晶铁氧体器件，薄膜铁氧体器件。

No.3 隔离器/环形器

隔离器又称单向器，它是一种单向传输电磁波的器件，一种非互易的双端口微波铁氧体器件一当电磁波沿止向传输时，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。对隔离器件性能的主要要求是：正向衰减小（一般不超过0.5~1dB），反向隔离大（一般大于20~30dB），电压驻波比小（一般不大于1.10~1.25），有一定的频带宽度，此外还应规定承受功率和工作温度等。

场移式隔离器和法拉第旋转式隔离器是微波系统中常用的两种隔离器件。

场移式隔离器：当矩形波导中填充横向磁化的铁氧体时，则波导中电磁场的分布将与磁化方向及传播方向有关。这就是场移效应，利用这种效应可以制成场移隔离器，主要用在厘米波段。但所能承受的功率低，多用于低驻波、高隔离的精密微波测试系统中。

法拉第旋转式隔离器：利用电磁波在纵向磁化的铁氧体棒，传播时，极化面产生旋转（即法拉第旋转效应）制成的隔离器。这种隔离器结构比较复杂，承受功率低，工作频带窄，多用于毫米波段。

微波铁氧体器件的应用日渐增多，但还有待进一步提高性能、降低价格、减小尺寸和便于集成，更好地在电子对抗、相控阵雷达和通信卫星等系统的基础器件应用中发挥作用。

No.4 铁氧体材料相关图书推荐

注释：文章内容参考于《微波技术与微波器件》和百度百科。如有侵权，请联系删除。

来源：射频学堂

非线性电子通信材料

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首次发布时间：2023-03-05

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