非互易性可調(diào)微波器件的集總等效電路建模及器件設(shè)計(jì).pdf

1、將磁電層合材料與微波器件相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)磁電雙可調(diào)微波器件，通過(guò)鐵磁共振效應(yīng)以及磁電效應(yīng)可以有效實(shí)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(diǎn)。同時(shí)，由于鐵氧體本身所具有的磁各向異性等特性，又廣泛應(yīng)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(shí)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(lái)電子戰(zhàn)系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
　　在對(duì)非互易性微波器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往利用傳

2、統(tǒng)的電磁場(chǎng)仿真以及實(shí)物制作的辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)，一旦制作成功性能就會(huì)固定。現(xiàn)有的非互易性器件功能比較單一，工作頻段往往不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)由于引入了磁電層合材料，在設(shè)計(jì)仿真的過(guò)程中往往耗時(shí)較長(zhǎng)，效率較低。為了提高設(shè)計(jì)的效率，有學(xué)者將磁電層合材料與微波傳輸系統(tǒng)的耦合傳輸機(jī)理進(jìn)行分析，將物理模型等效為一個(gè)集總電路模型，有效的預(yù)測(cè)了器件的性能，大大減少了仿真設(shè)計(jì)所用的時(shí)間。盡管對(duì)于磁電器件的集總等效電路已經(jīng)有過(guò)研究，但這些研究?jī)H僅是針對(duì)對(duì)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(duì)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(duì)上述問(wèn)題，本文主要做了一下研究：
　　首先，針對(duì)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(jī)理，利用Maxwell方程分別對(duì)鐵磁體器件以及鐵電體器件本征模的本征頻率進(jìn)行求解。當(dāng)鐵磁相和鐵電相均工作于最低次模時(shí)，兩者發(fā)生最大的耦合作用，得到雙層結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系的具體表達(dá)式。同時(shí)對(duì)鐵電體材料進(jìn)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(dá)式。最后將該介電常數(shù)公式代入到新的色散關(guān)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(guān)系。之后，將該新的色散關(guān)系利用到磁電器件的集總等效電路當(dāng)中，驗(yàn)證了該雙層色散方程的有效性。
　　之后，針對(duì)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(yīng)，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(lái)表示互易性耦合帶部分電路，同時(shí)引入帶有受控源CCVS的

5、T型等效電路來(lái)對(duì)濾波器模型的非互易傳輸特性進(jìn)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(shí)的集總電路預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較進(jìn)而驗(yàn)證了該模型的有效性。之后利用該集總等效電路模型，通過(guò)改變壓電相上面的電壓來(lái)對(duì)該模型的電可調(diào)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與電磁場(chǎng)仿真結(jié)果相比較從而進(jìn)一步驗(yàn)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(duì)濾波器的性能影響進(jìn)行了理論性的預(yù)測(cè)。
　　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(dǎo)隔離器的設(shè)計(jì)原理，將鐵氧體材料用于基片集成波導(dǎo)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于鐵氧體基底的半模基片集成波導(dǎo)隔離器。該器件實(shí)現(xiàn)了非互易性隔離特性，有效減小了普通集成波導(dǎo)的尺寸，同時(shí)改變施加的外部磁場(chǎng)還實(shí)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(yīng)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)磁電可調(diào)雙端口隔離器，不但實(shí)現(xiàn)了較好的隔