8.2.2　光子晶体太赫兹铁氧体环行器

8.2.2　光子晶体太赫兹铁氧体环行器

铁磁性介质块材是铁氧体环行器的重要组成部分。通常而言，铁磁性介质特性呈现各向异性，磁导率张量决定了环行器的电磁场不可逆传输特性以及环行特性。若外加偏置磁场H0方向垂直于磁性介质表面，则磁导率张量可根据式（7-1）～式（7-5）计算得到。将相对磁导率张量代入麦克斯韦方程组进行数值求解可得到空间中加载铁磁性介质的电磁场分布。为了在太赫兹频段实现较小的插损和较大的隔离度，选择柘榴石型铁氧体进行环行器的设计。

如图8-4所示，为太赫兹铁氧体环行器的三维结构模型，H0表示外加偏置磁场（单位为A/m），rg表示铁氧体半径，P1～P2表示端口1～端口3。首先，通过周期性等边三角形排列的介质柱形成光子晶体导波结构；然后，通过铁氧体介质柱的空间排布实现电磁场的环行。其中，外加磁偏置平行于介质柱高度方向。

图8-4　基于光子晶体的铁氧体环行器三维模型示意图

通过调节周期性排列的硅介质柱与铁氧体介质柱的尺寸，实现了工作于中心频率为205 GHz时较好匹配下的电磁场定向传输，电性能参数和电磁场分布如图8-5和图8-6所示。

图8-5　基于光子晶体的铁氧体环行器电性能参数

根据仿真结果可知，基于光子晶体三维结构结合铁氧体介质实现了电磁场的定向不可逆传输；在中心频率为205 GHz时，工作带宽为3 GHz，隔离度为-25 dB，回波损耗为-15 dB；相较于仅能在点频处工作的环行器设计，更符合实际工程应用需要。而且，采用的柘榴石型铁氧体具有损耗低、易于实现的特点。

图8-6　基于光子晶体的铁氧体环行器在频率f0=205 GHz时的三维电场分布图（附彩图）