非互易性可調(diào)微波器件的集總等效電路建模及器件設計.pdf

1、將磁電層合材料與微波器件相結(jié)合可以實現(xiàn)磁電雙可調(diào)微波器件，通過鐵磁共振效應以及磁電效應可以有效實現(xiàn)器件頻段的調(diào)節(jié)特性，具有低損耗，效率高、調(diào)節(jié)速度快等特點。同時，由于鐵氧體本身所具有的磁各向異性等特性，又廣泛應用于非互易性微波器件上面，例如鐵氧體移相器、隔離器、環(huán)形器等，實現(xiàn)了微波器件的多功能性。具有高性能多功能的非互易可調(diào)器件在未來電子戰(zhàn)系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)等領域具有巨大的應用前景。
　　在對非互易性微波器件進行設計時，往往利用傳

2、統(tǒng)的電磁場仿真以及實物制作的辦法進行設計，一旦制作成功性能就會固定?，F(xiàn)有的非互易性器件功能比較單一，工作頻段往往不能進行調(diào)節(jié)。同時由于引入了磁電層合材料，在設計仿真的過程中往往耗時較長，效率較低。為了提高設計的效率，有學者將磁電層合材料與微波傳輸系統(tǒng)的耦合傳輸機理進行分析，將物理模型等效為一個集總電路模型，有效的預測了器件的性能，大大減少了仿真設計所用的時間。盡管對于磁電器件的集總等效電路已經(jīng)有過研究，但這些研究僅僅是針對對稱結(jié)構(gòu)的互易

3、性二端口濾波器以及單端口諧振器等器件，對于非互易性的二端口可調(diào)器件的集總等效電路還處于空白階段。
　　針對上述問題，本文主要做了一下研究：
　　首先，針對具有磁電雙層結(jié)構(gòu)的微波傳輸系統(tǒng)，根據(jù)靜磁波在材料上的傳播機理，利用Maxwell方程分別對鐵磁體器件以及鐵電體器件本征模的本征頻率進行求解。當鐵磁相和鐵電相均工作于最低次模時，兩者發(fā)生最大的耦合作用，得到雙層結(jié)構(gòu)的色散關系的具體表達式。同時對鐵電體材料進行彈性吉布斯自由能展

4、開，得到了微波頻率下的鐵電相介電常數(shù)理論表達式。最后將該介電常數(shù)公式代入到新的色散關系里，便可得到最終的靜磁波在雙層磁電材料上傳輸?shù)纳㈥P系。之后，將該新的色散關系利用到磁電器件的集總等效電路當中，驗證了該雙層色散方程的有效性。
　　之后，針對磁電可調(diào)非互易性帶通濾波器，基于磁電層合材料的逆磁電效應，考慮壓電層電調(diào)等效因子的影響，引入輻射阻抗，輻射電容，輻射電感以及耦合電感等來表示互易性耦合帶部分電路，同時引入帶有受控源CCVS的

5、T型等效電路來對濾波器模型的非互易傳輸特性進行表示。由此建立起了基于非互易性磁電可調(diào)帶通濾波器的集總等效電路模型。將偏轉(zhuǎn)角度為0度與45度時的集總電路預測結(jié)果與實驗結(jié)果相比較進而驗證了該模型的有效性。之后利用該集總等效電路模型，通過改變壓電相上面的電壓來對該模型的電可調(diào)特性進行預測，并與電磁場仿真結(jié)果相比較從而進一步驗證了該模型的有效性。最后，改變鐵氧體板的厚度以及耦合微帶線的寬度對濾波器的性能影響進行了理論性的預測。
　　最后：

6、首先根據(jù)鐵氧體的各向異性特性，結(jié)合鐵氧體矩形波導隔離器的設計原理，將鐵氧體材料用于基片集成波導中，設計了一個基于鐵氧體基底的半模基片集成波導隔離器。該器件實現(xiàn)了非互易性隔離特性，有效減小了普通集成波導的尺寸，同時改變施加的外部磁場還實現(xiàn)了頻段可調(diào)節(jié)特性，在微波通信行業(yè)具有較大的應用潛力。其次，利用左右手圓極化波在鐵氧體中非互易的傳輸特性，將磁電層合材料放置在周期性鋸齒型結(jié)構(gòu)微帶傳輸線上，實現(xiàn)了一個磁電可調(diào)雙端口隔離器，不但實現(xiàn)了較好的隔