旋磁效应是材料或介质的磁化受到静磁场干扰时,其环绕该磁场方向的阻尼旋进运动减弱而回到平衡状态的一种现象。利用效应可以制成各种互易和非互易器件,如隔离器、环行器、相移器、限幅器等。广泛地应用于微波电路中。
当电子自旋磁矩受到稳恒磁场作用时,它要围绕这一稳恒磁场按右旋(右手螺旋)方向进动,这种进动称拉莫尔(Larmor)进动。磁性材料中由于存在损耗,只有同时受到高频交变磁场作用时,这种进动才能继续下去。这时磁导率呈张量形式。电磁波在磁性材料(媒质)中的传播特性与磁矩的进动有关。由于这种现象的存在,可以产生一系列的旋磁效应,如铁磁共振效应,极化(偏振)面旋转效应(法拉第旋转效应),以及当高频场增大时的非线性效应等。利用这些效应可以制成各种互易和非互易器件,如隔离器、环行器、相移器、限幅器等。广泛地应用于微波电路中。
与旋磁效应有关的共振(谐振)。其中外加的周期性干扰频率与旋进运动的频率一致。
在相反方向传播两个完全不同模式波的均匀波导中,例如在局部地并且非对称地装有纵向铁氧体片的矩形波导中,旋磁效应所产生的位移。
一种利用旋磁材料产生旋磁效应的器件。
一片设计成一定尺寸和形状的茄磁材料,用以产生旋磁共振(谐振)。
旋磁材料是指适用于微波频段(102~105MHz)的旋磁媒质,其中主要是旋磁铁氧体捌料,也称微波铁氧体材料;实际应用中有尖晶石型、石榴石型以及应用于毫米波段的磁铅石型铁氧体材料。
由于旋磁材料具有各向异性的特性,电磁波在这种介质中传播就会产生一系列新的效应,如非互易场移效应、共振吸收及张量磁导率改变等。当把铁氧体介质置于电磁波传输线的某些特殊位置时,上述效应有可能对正反向传输的电磁波在场形上、位相上或者能量损耗上产生相同或者不同的特殊影响,利用这些影响就可以制作微波铁氧体器件。
对于互易性器件,当电磁波沿正反两个方向传输时具有相同的效能,如衰减器、调制器和滤波器等;对于非互易性器件,当电磁波沿正反两个方向传输时具有不同的效能,例如,利用正反向传输的电磁波在能量损耗方面的不同制造隔离器,利用正反向传输的电磁波在场强分布方面的不对称制造环行器,利用正反向传输的电磁波在位相分布方面的不同制造非互易相移器。这类器件的适用频率范围、结构形式及其用途很不相同,不论是否互易,通常可分为两类:线性器件和非线性器件。
线性器件是指在微波功率较小的条件下(h《
h为微波磁场, 为外加恒定磁场)只考虑微波磁场h和微波磁感应强度分量b线性项的器件。这类器件只影响微波的传输和衰减,不会造成频率的变化。相移器、环行器、隔离器、滤波器等都属于这类器件。在线性器件中,按它们所应用的恒定磁场大小又可分为低场器件(所加的恒定磁场低于共振磁场)、高场器件(所加的恒定磁场高于共振磁场)和共振式器件(所加的恒定磁场为共振磁场)三种。一般来说,当微波信号的频率较低时(在1GHz以下)多采用高场方式;当微波信号的频率较高时(在1GHZ以上)多采用低场方式。非线性器件是指在微波功率较大的情况下不仅要考虑h和b的线性项,还要考虑其高次方项的器件。这时将发生频率的变化,即倍频效应。混频器、倍频器、检波器和限幅器等都属于这类器件。
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。
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。