(推荐)铁氧体移相器原理
2) 铁氧体移相器
其基本原理是利用外加直流磁场改变波导内铁氧体的导磁系数, 因而改变电磁波的相速, 得到不同的相移量。
图7.25所示为常用的一种铁氧体移相器, 在矩形波导宽边中央有一条截面为环形的铁氧体环,环中央穿有一根磁化导线。
根据铁氧体的磁滞特性(见图 7.25(a)), 当磁化导线中通过足够大的脉冲电流时, 所产生的外加磁场也足够强(它与磁化电流强度成正比), 铁氧体磁化达到饱和, 脉冲结束后, 铁氧体内便会有一个剩磁感应(其强度为)。
当所加脉冲极性改变时, 剩磁感应的方向也相应改变(其强度为)。
这两个方向不同的剩磁感应对波导内传输的波来说,对应两个不同的导磁系数, 也就是两种不同极性的脉冲在该段铁氧体内对应有两个不同的相移量, 这对二进制数控很有利。
铁氧体产生的总的相移量为这两个相移量之差(称差相移)。
只要铁氧体环在每次磁化时都达到饱和, 其剩磁感应大小就保持不变, 这样,差相移的值便取决于铁氧体环的长度。
图 7.25 铁氧体移相器
(a) 铁氧体磁滞回线; (b) 相移器结构
这种移相器的特点是: 铁氧体环的两个不同数值的导磁系数分别由两个方向相反的剩磁感应来维持, 磁化导线中不必加维持电流, 因此所需激励功率比其它铁氧体移相
器小。
铁氧体移相器的主要优点是:承受功率较高,插入损耗较小,带宽较宽。
其缺点是:所需激励功率比PIN管移相器大,开关时间比PIN管移相器长,较笨重。
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Ka频段铁氧体双环移相器
收稿日期:2007-04-05; 收修改稿日期:2007-05-29Ka 频段铁氧体双环移相器张元生 陈建荣(西安空间无线电技术研究所,西安710000) 摘 要 文章介绍了一种铁氧体矩形双环移相器。
通过数值计算得到尺寸原型,利用HFSS 仿真软件进行优化,工作频率在Ka 频段,采用多级匹配的方法实现了相对带宽为10%、带内最大损耗约1.26dB 、驻波小于1.41、受控差相移的抖动小于0.5°的高性能移相器。
关键词 矩形双环移相器 铁氧体 毫米波0 引言 随着相控阵雷达的发展,移相器得以广泛应用。
矩形环状铁氧体移相器因耐功率高、微波频段插损小而得到了迅速发展。
然而在毫米波段内,由于器件体积小、尺寸精度高,给设计加工带来一定限制。
文章采用两级混合匹配技术,经大量仿真计算,设计并加工了一个具有良好性能的双环铁氧体移相器。
移相器内使用的是具有矩形磁滞回线的旋磁铁氧体,让器件工作在剩磁状态,用脉冲磁场激励器件而不是固定恒磁场式的[1]。
这样能承受大功率而且不需要大量消耗“维持”功率,能够很方便地与数字计算机连在一起使用,且开关速度快。
1 双环非互易铁氧体移相器的构成 双环非互易铁氧体移相器(图1)是由两个相同铁氧体矩形环棒、中间夹以介质层组合而成的矩形波导结构。
尽管该结构使用了两个矩形环状铁氧体,但与射频磁场发生非互易作用的有效铁氧体区仍然是与介质带毗邻的两个垂直铁氧体壁。
因此,这种结构与单环移相器以同样方式工作。
由于其沿横方向传播的非均匀性,精确地求解其电磁场和传播特性是不可能的,通常用平行板模型或微扰理论进行求解,如图2所示[2]。
图1 双环移相器示意图 图2 双环等效的平行板结构模型 根据平行板模型建立的特征方程有两个解:β+和β-,分别对应于剩余磁通量相对于传输方向的972009年第1期 空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY顺时针和反时针方向。
基于NMOS管的H桥铁氧体移相与开关驱动电路
基于NMOS管的H桥铁氧体移相与开关驱动电路王浩先,高黎文,殷齐声,刘颖力(电子科技大学电子科学与工程学院,四川成都610054)摘要:介绍了一种铁氧体开关以及铁氧体移相器控制的新方案。
方案基于传统的H桥驱动电路,采用了NMOS 管构建了NMOSH桥,这种H桥较传统H桥驱动电路具有更快的开关速度、更大的功率容量和更小的能量损失。
控制端采用FPGA进行控制信号的产生及输出,具有脉冲宽度调整功能,可根据不同的实际工程需求改变控制参数。
驱动端电压可以在0~60 V之间进行调整,可以控制负载电流方向,可实现大功率下最快频率600 kHz的开关切换速度,通过电平兼容处理,兼容2~6 V的控制信号输入。
该驱动电路系统对磁调微波铁氧体器件具有很高的通用性。
关键词:波导开关;铁氧体移相器;驱动电路;NOMS管;现场可编程逻辑阵列(FPGA)中图分类号:TN623; TM131.3 文献标识码:A 文章编号:1001-3830(2019)04-0030-06 DOI: 10.19594/ki.09.19701.2019.04.008H-bridge ferrite phase shifting and switch driving circuit based on NMOS WANG Hao-xian, GAO Li-wen, YIN Qi-sheng, LIU Ying-liSchool of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Scienceand Technology of China, Chengdu 610054, ChinaAbstract:A new control scheme of ferrite switch and ferrite phase shifter is introduced. The scheme is based on the traditional H-bridge drive circuit. NMOS H-bridge is constructed by using NMOS transistor. Compared with the traditional H-bridge drive circuit, this NMOS H-bridge has faster switching speed, higher power capacity and lower energy loss. The scheme uses FPGA to control the signal generation and output, and has pulse width adjustment function. According to different actual engineering requirements, it can change the control parameters. The new scheme can adjust the driving voltage between 0 and 60 V. The switching speed of the fastest frequency 600 kHz can be realized in high power state, and control signal input from 2 V to 6 V by processing. The direction of the load current can be controlled. The driving circuit system has high versatility for magnetically modulated microwave ferrite devices.Key words: waveguide switch; ferrite phase shifter; driver circuit system; NOMS; FPGA1 引言铁氧体移相器以及铁氧体开关,因其具有极大的功率容量、良好的工作稳定性以及低插入损耗等特性,一直在国防、军事有很重要的应用[1]。
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
6.1-2铁氧体材料的基本性质
(1)单电子的在均匀磁场H0中的自旋进动
当偏置磁场H0↑ 就有更多偶极子与H0排成一线一直增加到全
部偶极子排成一线为止,M达到上线此时材料达到饱和,用 Ms表示饱和磁化强度值从300到5000高斯。低于饱和的情况 在微波频率损耗很大。因此铁氧体通常工作在饱和状态下。
Ms与材料的温度T有关T↑, Ms↓,在一定温度下TC(居里温度) Ms为零。
arc tg
Ey Ex arc tg E ym Exm
显然,ө将是一个固定值,不会随时间而变,合成场E的端点轨迹将是一直 线,它随时间的变化实际上就只是随Ex、Ey大小的变化作相应升长或缩短
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件 §6.1微波在铁氧体中的传播特性 (2)圆极化
Exm Eym E0
按 幅值是否相等与 x y 为不同的值,将电磁波分为电 磁波的极化分为直线极化、圆极化与椭圆极化。
第六章 微波铁氧体元件与非线性元件
§6.1微波在铁氧体中的传播特性
(1)、直线极化
x y
0,
任何瞬时的合成电场 波的直线极化
E Exm2 Eym2 cos(t kz )
6.1-2铁氧体材料的基本性质
(2)单电子的在恒定磁场H0与高频磁场H共同作用 中的自旋进动磁导率张量[]
只有高频磁场的横向分量Hx、Hy才对铁氧体的交变磁化强度有 贡献,而高频磁场的纵向分量Hz并不引起交变磁化强度。 而且,当高频磁场的频率ω=ω0=γ0H0时,就会出现铁磁共振 . 高频磁场H与H0垂直,处于xy平面内 必须条件:顺H0正方向看为右旋圆极化时才会产生铁磁谐振现 象.
e m0 P P m
一种铁氧体移相器控制系统的设计
通信 , 接收上位机的波束控制信号 , 并计算波控码 , 产 生控制脉冲。驱动电路对前级信号进行放大 , 为移相 器提供适 当的脉冲电流 , 实现波束转换 , 并给上位机反 馈 故 障检测信 号 。
1 系统 设 计
本 文介 绍 的相 控 阵雷 达 包 含 了几 千 只移 相 器 单
路的构成 。
关键词 : 铁 氧体移相器 ; 波控 ; 移相器驱动 电路
De s i g n o f Co nt r o l S y s t e m f o r Fe r r i t e Pha s e S hi f t e r
TANG Ni n g s h e n g
b e t w e e n b i t s o f t h e p h a s e s h i t f e r a n d u n i t p u l s e wi d e a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l .An d f i n a l l y t h e w o r k p in r c i p l e o f p h a s e s h i t f e r a n d t h e c o mp o n e n t s o f p h a s e s h i te f r d i r v e r c i r c u i t a r e d e mo n s t r a t e d . Ke y wo r d s : f e r r i t e p h a s e s h i t f e r ;b e a m— s t e e i r n g ;p h a s e s h i t f e r d r i v e r c i r c u i t
种铁 氧体 移 相 器 控 制 系统 的设 计
移相器的设计与测试电路原理移相器实验设计原理
电路原理综合实验报告移相器的设计与测试学生姓名: -----学生学号: -----院(系): -----年级专业: ------指导教师: -----助理指导教师: -------摘要线性时不变网络在正弦信号激励下,其响应电压、电流是与激励信号同频率的正弦量,响应与频率的关系,即为频率特性。
它可用相量形式的网络函数来表示。
在电气工程与电子工程中,往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下,获得有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应(输出)信号。
这可通过调节电路元件参数来实现,通常是采用RC移相网络来实现的。
关键词移相位,设计,测试。
目录摘要 (13)ABSTRACT (II)第1章方案设计与论证 (2)1.1 RC串联电路 (2)1.2 X型RC移相电路 (2)1.3方案比较 (2)第2章理论计算 (2)2.1工作原理 (2)2.2 电路参数设计 (2)第3章原理电路设计 (2)3.1 低端电路图设计(-45°-90°) (2)3.2 高端电路图设计(-90°-120°)3.3 高端电路图设计(-120°-150°) (2)3.4 高端电路图设计(150°~180°)3.5 整体电路图设计 (2)第4章设计仿真 (2)4.1 仿真软件使用 (2)4.2 电路仿真 (2)4.3 数据记录 (2)第5章实物测试 (2)5.1 仪器使用(电路板设计) (2)5.2 电路搭建(电路板制作) (2)5.3 数据记录(电路板安装) (2)第6章结果分析 (2)6.1 结论分析 (2)6.2 设计工作评估 (2)6.3 体会 (2)第1章方案设计与论证1.1 RC串联电路图1.1所示所示RC串联电路,设输入正弦信号,其相量,若电容C为一定值,则有,如果R从零至无穷大变化,相位从到变化。
图1.1 RC串联电路及其相量图另一种RC串联电路如图1.2所示。
第八章 微波铁氧体器件
第八章 微波铁氧体器件§8-1 概论铁氧体:是一种铁磁材料,它是由二价金属锰、铜、镁、锌、镍、钇等氧化物与32O F e 烧结而成的多晶或单晶材料,外表很象陶瓷。
工作条件:外加恒定磁场。
在此恒定磁场作用下,铁氧体内部的电子产生进动,使铁氧体具有张量磁导率,成为各向异性媒质,具有非互易性。
特点:1. 有较大的磁导率; 2. 有很高的电阻率(一般在8210~10欧姆/厘米之间)。
所以铁氧体的趋肤深度(ωμσδ1=)较大,微波电磁场能够深入到铁氧体内部,从而使铁氧体的非互易特性能够对微波电磁场起作用,因此利用铁氧体可以构成非互易器件。
§8-2 铁氧体中的张量磁导率铁氧体在未加恒定磁场时是一种高介电常数的介质,此时铁氧体呈各向同性特性,磁导率和介电常数都是标量,但在外加恒定磁场作用下,铁氧体具有各向异性特性,磁导率变成了张量。
张量磁导率的表示式与外加恒定磁场0H 的方向有关,当外加恒定磁场强度矢量沿+z ˆ方向,即00ˆH z H = 时,张量磁导率的表达式为[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=1 0 0 0 j 0 j 12210μμμμμμ (8-2.1)上式中222221 1g mgm g ωωωωμωωωωμ-=--= (8-2.2)而其中0000m 0000 M M meH H m e g γμμωγμμω====(8-2.3) 上两式中,0M 是磁化强度,0H 是磁场强度,e 是自由电子电荷,m 是自由电子质量,me=γ是荷质比。
此时外加微波磁场强度矢量H 与铁氧体内部磁化后的磁感应强度矢量B的关系为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡z y x z y x H H H B B B 1 0 0 0 j 0 j 12210μμμμμ (8-2.4) 亦即H B⋅=μ (8-2.5)展开式(8-2.4),则有z y x y y x x HB )H H j (B )H j H (B 0120210μμμμμμμ=+=-= (8-2.6)上式表明,铁氧体中的高频磁感应强度矢量B 的方向与磁场强度矢量H的方向并不完全一致,x B 和y B 的量值都是既取决于x H 分量,又取决于y H 分量,表现为各向异性特性。
互易铁氧体移相器介质天线及测试转换设计
Y ANG X a —o g JA u — iZ AI o gmi, o gme ioy n ,I NG Y ns , H n — n QU D n — i h Z
Suh etntuef p ldMa ntsMinag6 10 hn o tw sIsit A pi t o e g ei , ay n 2 04 C i c a
互 易铁氧体移相器介质天线及测试转换设计
杨 小勇,蒋运石 ,翟宗民,曲冬梅
( 西南应用磁学研究所,四川绵阳 6 10 ) 2 00
摘 要:端接介质天线互 易移相器有很重要 的工程应 用价值 ,然而这种结构器件的设 计及测试都具有一 系
列的困难。本文介绍 了一种 互易铁氧体移相器端接介质天线及移相 器测试转换的设 计,并给 出了 A S F 设 在 N OT 计平 台的设计方法及 实 验验证 。通 过在模型设计和测试 系统设计 中 加入应 用状 态因素和 器件调试便利性考虑,
t e ea eas re f i c l e n d sg i g a d me s e n f h e i e Th s ril e c b so ewa f e in n h r r i s d f u t so e i n n n a  ̄ me t t e d v c . i tced s r e n y o d sg i g e o i i o a i o ilc r n e n s e ld o e i r c lfri h s ra d t e me s rn t n o i p f h s r a d g v s f ee ti a t n aa s mb e n r cp o a e rt p a e h a u i g f t g f r h st e o a e, n i e d c e n i i t y p d s o t e a d e p r n a e f ai n b s d o e i r u i x e me tlv ri t a e n ANS E d sg lt r . y tk n n o a c u t h a t ro n g n n i i c o OF e i p af m B i g i t c o n e f c o f n o a t
TR组件中的基本微波器件——移相器
TR组件中的基本微波器件——移相器
1功能
移相器主要是对模拟RF信号的相位进行实时控制,而且多数要求在雷达的工作频带内,相位不随频率变化,相位的控制由二进制码控制。
相控阵雷达波束的电子扫描通过移相器实现。
移相器一般收发共用。
移相器通常置于发射通道功率放大器输入端,所以移动相器大多为小功率移相器。
2移相器的分类
T/R组件用移相器根据组成元器件类型分为三类:
•PIN二极管移相器
•铁氧体移相器
•GaAs移相器
根据移相方式分为:
•模拟式
•数字式
模拟式移相器相移连续可调,数字式移相器的相移是量化了的,即其相位只能阶跃变化。
虽然前者相位变化比较精细,但是其控制电路十分复杂,经过计算和分析,数字式移相器只要使其相移调变量小于45度,就可以足够精细地控制天线波束的指向位置。
_摘自清华大学出版社《微带电路》
3各种移相器优缺点比较
PIN二极管移相器功率容量比较高,在低频段插入损耗较低,转换时间较长;
GaAs FET数控移相器,转换时间短,比PIN二极管数控移相器提高约一个数量级。
但插入损耗较高,功率电平也比较低;
铁氧体移相器体积大,控制电路复杂,但功率容量最高。
此外,PIN二极管为电荷控制器件,驱动电路复杂,GaAs FET数控移相器为电压控制器件,可直接由数字电路的TTL电平控制,控制驱动电路极其简单。
4移相器主要技术指标
1.频率范围;
2.移相精度;
3.输入、输出驻波
4.开关时间
5.插入损耗
6.最高输入功率
7.芯片大小及控制方式。
铁氧体原理
铁氧体原理铁氧体是一种重要的磁性材料,具有广泛的应用前景。
其原理主要涉及到磁矩的排列和磁性的产生。
在了解铁氧体原理之前,我们首先需要了解一些基本概念。
首先,磁矩是指物体内部原子或分子固有的磁性,它是产生磁场的基本单位。
在没有外加磁场的情况下,磁矩会随机排列,导致整个物体没有明显的磁性。
而当外加磁场作用于物体时,磁矩会发生重新排列,从而产生磁性。
铁氧体是一种具有特殊结构的氧化物,其晶格结构中存在着大量的Fe2+和Fe3+离子。
这些离子具有未成对的电子,因此会产生磁矩。
在没有外加磁场的情况下,这些磁矩会随机排列,导致铁氧体没有明显的磁性。
但是当外加磁场作用于铁氧体时,磁矩会发生重新排列,从而使得整个铁氧体表现出明显的磁性。
铁氧体的磁性主要来源于其晶格结构中的磁矩排列。
在铁氧体中,Fe2+和Fe3+离子会形成一种特殊的排列结构,使得磁矩能够相互作用并形成磁畴。
当外加磁场作用于铁氧体时,这些磁畴会发生重新排列,从而产生明显的磁性。
除了外加磁场,温度也会对铁氧体的磁性产生影响。
在一定温度下,铁氧体会发生磁相变,从而改变其磁性质。
这种磁相变是由于铁氧体晶格结构的变化所导致的,使得磁矩的排列发生改变,从而影响整个铁氧体的磁性。
总的来说,铁氧体的磁性主要来源于其特殊的晶格结构和磁矩排列。
在外加磁场或温度变化的作用下,铁氧体的磁性会发生相应的变化。
这种特殊的磁性使得铁氧体在电子、通讯、医疗等领域具有重要的应用价值。
通过对铁氧体原理的了解,我们可以更好地理解其在实际应用中的作用,为其进一步的研究和开发提供理论基础。
同时,深入掌握铁氧体原理也有助于我们更好地利用这一材料,推动其在各个领域的应用和发展。
因此,对铁氧体原理的深入研究具有重要的意义,也将为相关领域的发展带来新的机遇与挑战。
微波铁氧体开关
微波铁氧体开关1. 概述微波铁氧体开关是一种用于高频微波信号控制的设备。
它常用于射频系统、通信系统以及雷达系统中,用于实现信号的开关、调制和选择。
微波铁氧体开关具有快速、稳定、低损耗等优点,在高频应用中具有广泛的应用前景。
本文将介绍微波铁氧体的特性、工作原理以及应用领域等方面的内容。
2. 微波铁氧体特性微波铁氧体具有以下特性:2.1 高频特性微波铁氧体具有很好的高频特性,能够在几个GHz至几十GHz的频率范围内工作。
这使得它可以在高频射频系统中进行高效的信号控制。
2.2 低损耗微波铁氧体具有低损耗特性,能够实现高效的信号传输和控制。
其低损耗特性使得微波信号在开关过程中的能耗较低,从而提高了系统的效率。
2.3 快速响应微波铁氧体开关具有快速响应的特点,能够在微秒级别的时间内实现信号的开关。
这使得微波铁氧体开关成为高速通信和雷达系统中不可或缺的关键器件。
3. 微波铁氧体开关的工作原理微波铁氧体开关的工作原理基于磁场控制微波信号的传输。
它通过控制外加磁场的大小和方向来改变微波信号的传输通路。
3.1 铁氧体材料微波铁氧体开关的核心部件是铁氧体材料。
铁氧体是一种具有高磁导率和高磁导率的材料,具有良好的磁性能。
在微波铁氧体开关中,常用的铁氧体材料包括NiZn 铁氧体和YIG(铽铒铁氧体)等。
3.2 磁场调控微波铁氧体开关通过调控外加磁场来实现信号的传输控制。
当外加磁场作用于铁氧体材料时,铁氧体的磁性能会发生变化,从而改变微波信号的传输通路。
通过改变外加磁场的大小和方向,可以实现微波信号的开关、调制和选择等功能。
4. 微波铁氧体开关的应用领域微波铁氧体开关在多个领域具有广泛的应用。
4.1 射频系统微波铁氧体开关常用于射频系统中,用于信号的开关和选择。
在射频接收机中,微波铁氧体开关可以将天线接收到的信号传输到相应的电路中,实现信号的选择性放大和处理。
在射频发射机中,微波铁氧体开关可以控制信号的输出通路,实现信号的调制和调节功率等功能。
