HFSS铁氧体环形器的仿真设计(3)
第四章通过HFSS软件完成了微波铁氧体环形器的仿真、中心铁氧体加介质柱的仿真以及结型微带环形器的仿真，改变参数得出仿真结果并分析得出结论。并且将改变参数对环形器性能的影响做了对比分析。
第五章为结论部分，主要对本文所做工作进行总结。
2 铁氧体元件基本理论
2.1 微波铁氧体简介
铁氧体是一种由铁元素和其他金属元素（一种或者多种）构成的复合氧化物，因其生产过程及外观与陶瓷很接近，也称作磁性陶瓷。其导电性属于半导体的范畴，饱和磁化强度为200～5500Gauss，介电常数约为8～16，介电损耗正切 为 ，居里温度大约在100～600摄氏度之间。按照铁氧体的特性和用途，可以将铁氧体分为5类:软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁铁氧体。常说的微波铁氧体一般是指旋磁性的铁氧体。
亚铁磁性复合材料是应用于微波中最实用的各向异性材料，诸如YIG和由铁氧化合物和各种其他元素构成的铁氧体。和铁磁性材料相比而言，亚铁磁性复合材料在微波频段下有较高的电阻率和各向异性量值。铁磁性材料的磁各向异性是由外加的直流偏置磁场引起的。这一外加的偏置磁场能亚铁磁性材料中的磁偶极子沿着同一方向排列，这样就产生非零的磁偶极矩，并且使磁偶极子在不同频率变化下做进动运动。
圆极化微波信号如果和进动在同一方向上那么该信号将于偶极矩发生的相互作用较强，圆极化微波信号如果和进动在相反方向上那么发生的相互作用较弱。因此，如果旋转方向给定，那么极化随传播方向改变而改变，微波信号通过铁氧体的传播特性在不同方向上是不同的。利用这个效应可以制成方向性器件，比如环形器、隔离器和回转器。
亚铁磁性材料的另一个显著特性是，通过调整偏置磁场强度可以控制其与外加微波信号的相互作用。利用这一点可以设计出各类控制器件，比如移相器、转换开关和可调谐谐振器及滤波器等。
2.2 铁氧体的基本特性
通常情况下，金属磁性材料在被施加一定交变磁场的情况下，材料会产生涡流损耗和趋肤效应，它们随着频率的增大而恶化。由于铁氧体材料的介电常数和电阻率相对比较大，如果微波信号在其中传播，这种材料能在很大的程度上减小这两个方面造成的恶劣影响，这是铁氧体材料在微波领域内的立根之本。电磁信号在具有旋磁特性的铁氧体材料中传输不会受到阻碍，或者有阻碍但衰减很小，因此，采用铁氧体制作的微波器件在通信行业内具有很好的应用前景。
2.2.1 磁导率张量
一种材料的磁性是由于存在磁偶极矩，磁偶极矩则主要是由于电子自旋引起的。根据量子力学，下式给出一个电子由其自旋造成的磁偶极矩的表达式：
(2.1)
其中，q是电子电荷， 是电子质量， 是普朗克常量。绕原子核轨道上运动的电子引起一个有效电流环，这就会引起一个附加的磁矩，但是在一般情况下，这种效应与自旋造成的磁矩相比是可以忽略的。
电子自旋在大多数固体中是成对发生的且符号相反，所以合成的磁矩可以忽略不计。但在磁性材料中大部分电子的自旋不是成对的（右手自旋小于左手自旋或者相反），但是由于磁矩方向是没有规律的，所以总磁矩仍然很小。在外加偏置磁场的作用下可以让偶极矩排列成行，这样就能产生一个很大的总磁矩。在不存在外加磁场后，由于的存在，相邻电子在交换力的作用下其自旋也能使之保持排列成行。这样的材料就是永磁的。
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