3.2.2 铁氧体环形器简介

在第2章里，我们所讨论的电磁场和电磁波的传播都是在各向同性的介质中的，但实际上还有各种电各向异性（介电常数为张量）和磁各向异性（磁导率为张量）的材料。

应用于微波的最为实用的各向异性材料是亚铁磁性复合材料，诸如钇铁石榴石（YIG）和由铁氧化物与各种其他元素（如铝、钴、镁和镍）构成的铁氧体。与铁磁性材料（如铁和钢）相比，亚铁磁性材料在微波频率下有高

图3-9 使用普通压控振荡器时的入射与反射信号波形

图3-10 使用高谐波抑制比压控振荡器时的入射与反射信号波形

的电阻率和可观的各向异性量值。亚铁磁性材料的磁各向异性是由外加的直流偏置磁场所诱导的，该磁场使亚铁磁性材料中的磁偶极子循同一方向排列，从而产生合成（非零）的磁偶极矩，并使磁偶极子在由偏置磁场强度所控制的频率下做进动。与进动同一方向上的一个圆极化的微波信号将与偶极矩发生强烈的相互作用，而一个相反极化的场将发生较弱的相互作用。因此，对于给定的旋转方向，极化的含意将随传播方向的改变而改变，微波信号通过一个铁氧体的传播特性在不同方向上是不同的，该效应可用来制成方向性器件。(https://www.daowen.com)

如图3-11a所示，环形器是三端口器件，经过它的电磁波信号可以从端口①到端口②、从端口②到端口③以及从端口③到端口①导通，而不可能是反方向的。

图3-11 铁氧体环形器信号流与结构示意图

在P-TDR系统中，测试信号从环形器的端口①输入，从端口②输出，经过同轴电缆达到探头，在探头的末端被反射回来；反射信号从环形器的端口②输入，就只能从端口③输出到达相位检测器和检波器；由于在环形器的端口③进行了阻抗匹配设计，所以这里不会产生反射，也就没有信号会从环形器的端口③输入。

反射信号与入射信号在探头和同轴电缆上是叠加在一起的，但通过环形器后就被分离出来了。此外，环形器还起到了将反射信号与信号源进行隔离的作用。

微带线结型环形器的几何结构如图3-11b所示。两个铁氧体圆片填塞在中央金属圆盘和两个微带接地平面之间的空间中；三条微带导线与中央圆盘的边缘相连，每两条相隔120°，构成环形器的三个端口；恒磁偏置场施加在接地平面的法线方向。

环形器的具体工作原理涉及到复杂的微波理论知识，相关的讨论可查阅本书的参考文献。