[科普中国]-微波铁氧体

微波铁氧体材料分为多晶和单晶两种。多晶材料按晶体结构分，主要要尖晶石型、石榴石型和磁铅石型三种。微波铁氧体器件的种类很多，按功能有隔离器、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；按结构形式有波导式、同轴线式、带状线式和微带线式；按工作方式有Faraday旋转式、谐振式、场移式、结式等；按所用材料有多品铁氧体器件、单品铁氧体器件和薄膜铁氧体器件。1

简介铁氧体是一种铁磁性材料，它是由二价金属锰、镁、镍、铜、锌等的化合物与Fe2O3烧结而成的。这种器件在微波电路中对微波信号或能量起隔离、环行、方向变换、相位控制、幅度调制或频率调凿等作用，广泛用于雷达、通信、无线电导航、电子对抗、遥控、遥测等微波系统以及微波测量仪器中。

隔离器和环行器是1951年由霍根发明的。随后许多新型线性器件，如相移器、开关、调制器等相继出现。1957年苏耳发明了微波铁氧体参量放大器，发展了非线性器件。20世纪60年代初，磁调滤波器、磁调振荡器等研制成功，在电子对抗技术和微波测量仪器中得到应用，随着后来各种微波铁氧体器件继续发展，已成为一类重要的微波器件。

旋磁性磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下，平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播，但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性，但由于电阻率低、涡流损耗太大，电磁波不能深入其内部，所以无法利用。因此，铁氧体旋磁材料旋磁性的应用，就成为铁氧体独有的领域。旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。

主要参数：

1、饱和磁化强度

2、居里温度

3、电阻率和介电损耗正切

4、相对介电常数

5、铁磁共振线宽

铁氧体原理与分类微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。2

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。

隔离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。2

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学