一種透射式法拉第旋轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)

郭靜超+方正新

摘 要 本文設(shè)計(jì)了一種透射式的法拉第旋轉(zhuǎn)器。該法拉第旋轉(zhuǎn)器由兩層石英匹配層、兩層膠粘劑薄層和鐵氧體圓盤(pán)組成。仿真結(jié)果表明這種透射式的法拉第旋轉(zhuǎn)器具有匹配度高、系統(tǒng)駐波小、透射率高等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】波束波導(dǎo) 法拉第旋轉(zhuǎn)器 鐵氧體

1 引言

法拉第旋轉(zhuǎn)器是一種利用法拉第效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光的偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的裝置，是準(zhǔn)光學(xué)隔離器中的重要裝置之一，常用于低損耗準(zhǔn)光學(xué)波束波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。法拉第旋轉(zhuǎn)器和極化線柵一起工作實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道之間的信號(hào)隔離。本文中透射式的法拉第旋轉(zhuǎn)器的基本原理為：波束每透射通過(guò)一次旋轉(zhuǎn)器，極化狀態(tài)旋轉(zhuǎn)45°。若發(fā)射極化為水平極化，則電磁波透射通過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器后極化狀態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，經(jīng)反射的回波再次透射通過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器后，極化狀態(tài)再次旋轉(zhuǎn)45°成為垂直極化，并由極化線柵反射實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的隔離。仿真結(jié)果表明該法拉第旋轉(zhuǎn)器匹配度高、系統(tǒng)駐波小、透射率高。

2 饋源喇叭的設(shè)計(jì)與分析

法拉第旋轉(zhuǎn)器與極化線柵共同組成準(zhǔn)光學(xué)隔離器，實(shí)現(xiàn)收發(fā)通道之間的信號(hào)隔離，是W頻段準(zhǔn)光學(xué)傳輸系統(tǒng)中的另一關(guān)鍵部件。

當(dāng)一個(gè)線性極化波行進(jìn)在與磁化平行且均勻厚度d的鐵氧體時(shí)，極化波的主軸將會(huì)旋轉(zhuǎn)一定角度θ，基于該原理設(shè)計(jì)的器件為法拉第旋轉(zhuǎn)器。

其中，d為鐵氧體厚度，4πMS鐵氧體飽和磁化強(qiáng)度，γ為旋磁比，γ=2.21×105rad/s/A/m，εf為鐵氧體相對(duì)介電常數(shù)。法拉第旋轉(zhuǎn)器示意圖如圖1所示。

在該套系統(tǒng)中，法拉第旋轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)為透射式，波束每透射通過(guò)一次鐵氧體，極化狀態(tài)旋轉(zhuǎn)45°。若發(fā)射極化為水平極化，透射通過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器后極化狀態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，經(jīng)目標(biāo)反射的回波再次透射通過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器后，極化狀態(tài)再次旋轉(zhuǎn)45°成為垂直極化，并由極化線柵反射實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的隔離。

3 饋源喇叭仿真結(jié)果及結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)建立的分層媒質(zhì)總體反射和透射系數(shù)與法拉第旋轉(zhuǎn)器各分層煤質(zhì)電磁參數(shù)與幾何尺寸之間的關(guān)系模型。能夠利用主極化和交叉極化的透射系數(shù)進(jìn)一步計(jì)算得到器件的旋轉(zhuǎn)角和插入損耗。

目前已經(jīng)具備鐵氧體材料若干，鐵氧體材料采用100mm×100mm×3mm的模具燒結(jié)而成。為驗(yàn)證磁性材料的基本性能，在Ka波段26.5GHz～40GHz進(jìn)行初步測(cè)試。鐵氧體材料測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種可用于準(zhǔn)光學(xué)波束波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)的透射式法拉第旋轉(zhuǎn)器，仿真結(jié)果表明這種透射式的法拉第旋轉(zhuǎn)器具有匹配度高、系統(tǒng)駐波小、透射率高等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳謙，方正新，陳明，艾加秋.實(shí)現(xiàn)收發(fā)分離的W波段波束波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)[C].2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集，2015.

[2]王光輝，吳福全，徐世昌.BiCaInVIG法拉第旋轉(zhuǎn)器旋光色散的測(cè)量[J].光電子技術(shù)與信息，2004，17（05）.