YIG调谐滤波器的仿真设计(2)
YIG滤波器的核心材料是YIG，而YIG是微波铁氧体的一种。人们在1949年发现了微波铁氧体的铁磁共振效应，与之一起发现的还有材料的张量磁导率特性[25]。从那时候算起，微波铁氧体器件已经发展了60多年。发展到今天，微波铁氧体器件也被应用于各种各样的领域。例如被应用在发射前端和接收前端的铁氧体环形器、铁氧体隔离器；被应用于天线和馈电网络的互易或者非互易的移相器、变极化器、铁氧体调制器等等[25]。如今，人们对微这些器件的要求也愈来愈高。微波铁氧体器件被要求具有高的功率容量、较低的插入损耗、能在相对较宽的波段内调谐以及一个很宽的频带。在外形方面，微波铁氧体器件被要求小型化、集成化和组块化[25]，目的是为了减小微波铁氧体器件的仪器的体积，从而实现整个仪器的小型化与集成化。
YIG滤波器的研究具有十分重要的意义。在当前复杂的国际形势下，各国表面看上去和谐，但实际上明争暗斗，在各个方面都在进行着竞赛。YIG滤波器的研究发展能够帮助我国在军事雷达、电子对抗、航天等方面不输甚至胜过其他国家。
本文所要研究的YIG调谐滤波器由于它的独特的性能而在接收前端中有着非常广泛的应用。调谐的意思是指调节到谐振状态的过程。YIG调谐滤波器有着别的滤波器所没有的特点，比如在很宽的频率范围内的连续的调谐、调谐的线性度十分优良、滤波器自身体积重量都很小的特点，能够实现接收前端的小型化，使接收前端具有更好的隐蔽性，这在军事上有十分重大的意义。
1.1 钇铁石榴石（YIG）介绍
钇铁石榴石（YIG）被广泛用于微波领域主要是由于它有着十分优异的旋磁性能和高Q值。YIG的工作原理主要是利用材料的张量磁导率特性和铁磁共振（FMR）效应。铁磁共振效应指的就是铁磁物质的总磁矩M在稳恒磁场H的作用下，绕H作进动，角频率ω0与H成线性关系，由于内部阻尼的存在，M的进动角将逐渐的减小，当进动的角频率等于外加微波磁场的角频率ω的时候，M吸收微波磁场的能量来保持进动的状态，这个时候就会发生铁磁共振。YIG始终工作在微波频率。YIG在外加的稳定恒磁场H和微波磁场h的共同作用下，其磁矩M会围绕外加的稳定恒磁场H作旋进运动从而产生旋磁性。YIG单晶体是以高纯度的Y2O3和Fe2O3按照一定的比例，加入助熔剂PbO，精细研磨均匀混合密封在铂金坩埚中，按照一定的控温程序烧结而自然结晶生长出的单晶体，用酸蚀方法将晶体从坩埚和废渣之中分离出来，经一定的处理之后形成YIG单晶体以供使用[12]。
1.2 YIG滤波器的组成与分类
YIG滤波器主要有以下几个部分组成，包括：外加的偏置磁场、微波腔体、SMA连接器和YIG小球或者YIG薄膜。其中YIG小球或薄膜是整个结构中最重要的组成部分。
YIG调谐滤波器首先要通过理论设计，其次软件仿真，最后实验相结合才能完成。
在YIG滤波器的设计流程之中，最重要的几部分为：YIG小球或者薄膜的设计与选择、微波腔的设计以及磁路的设计。在本课题之中，磁场是人为给定的，所以磁路设计这一步骤可以省略。
1.2.1 YIG小球滤波器
在这里，以单球单环耦合带通滤波器为例子来简述其原理[9]。
图1.1 YIG小球带通滤波器的工作原理
如图1.1所示，图中A环和B环垂直正交，A环为输入环，B环为输出环[9]；A环和B环相互耦合，YIG单晶小球处于两环的正中间，在z方向外加磁场H0。则此时YIG单晶小球的磁矩M会围绕磁场H0作进动，设进动的频率为ω0。
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