杨天颖

（西南应用磁学研究所，四川 绵阳 621000）

1 微波铁氧体器件的概述

微波铁氧体器件是利用铁氧体材料的特性制得的器件。要了解铁氧体器件，得从磁性材料认识开始。磁性材料是四大功能基础材料之一，根据其磁性强弱分为软磁、永磁及旋磁材料，在通信、微波传输等中有广泛应用。微波铁氧体材料便是旋磁材料的一种，可通过外加直流电源磁场以及微波场对导体进行作用，使得磁导率呈现张量特性。现在社会，人们利用微波材料的可进行微波信号传输的特殊性能制备出相应铁氧体器件。例如，将微波铁氧体器件应用于现在雷达的天线反馈系统，达到控制微波信号的相位以幅角的变化，便是利用了微波铁氧体材料的磁可控性的特点，进而使得现在雷达得到更加准确的信息。

2 微波铁氧体的分类及应用

常见的微波铁氧体材料分为单晶体材料及多晶体材料。根据单晶的铁磁谐振特性而制成的微波器件被称之为单晶铁氧体器件。而根据多晶的铁磁谐振特性而制成的微波器件被称之为多晶铁氧体器件。

2.1 微波铁氧单晶体的分类及应用

常用的单晶材料为亿铁石榴石材料（简称YIG），在其晶体内部结构中，每一个分子结构都有一个未成对的电子，可以使分子在外加磁场的作用下，使得磁矩围绕着外加磁场的方向进行变化，表现出分子的顺磁性。这些变化的频率与外加磁场的强度成比例关系，即当外加磁场变化时，它的频率也将发生改变。常见的单晶铁氧体为YIG调谐滤波器、调谐振荡器及谐波发生器等。

YIG器件可以通过其用途将其划分为YIG调谐滤波器及YIG调谐振荡器，其主要的特点都是在外加磁场的作用下表现为顺磁性，使得输出信号的频率可以通过改变外加磁场的大小进行成倍的增加，使得其可以工作在一个较为宽大的范围内，常见的调谐振荡器主要的工作频率为2～6 GHz以及6～18 GHz。利用YIG调谐振荡器的这一特性，将这种调谐振荡器应用于微波测量器件中，将其作为本机信号，使得其具备广泛的工作范围。在雷达系统中，将YIG作为本机信号，不仅可以广泛地进行检测，而且可以使得雷达不断地改变自己的工作频率，使其具备抗干扰能力及防检测的能力，对我国国防事业的发展具有重要作用[1]。

而调谐滤波器还具备滤波性能，并且滤波带较为狭窄，目前常见的调谐滤波器主要的频率为2～18 GHz。 所以选用YIG调谐滤波器应用于侦察机的侦查设备，不仅仅可以使其改变自己的工作频率，还可以抑制干扰信号，对其抗干扰的能力进一步加深。

2.2 微波铁氧多晶体的分类及应用

利用多晶体材料制成的器件便被称为微波铁氧多晶体器件，常见的多晶体器件主要有环行器、限幅器及移相器，这些多晶体器件当外部给予其一个垂直于铁氧体器件方向的偏置磁场时，其传输的微波信号的方向会随着偏置磁场方向的变化而变化，故可以利用这些器件控制传输信号的方向，避免了和其他信号的互相干扰。

2.2.1 环行器

环行器一般具备三个或是多个端口，当传输信号从一口进行输出，只能从二口进行输出；当信号从二口输入时，只能从三口进行输出。以此类推。这就使得传输信号只能按照环行器自备的方向进行传输，利用环行器的这一特性，可将其广泛地应用于收发公用器，用于雷达检测及通信行业。在使用中，将环行器的一端接入发射器，二端接入天线，三段接入接收机，使得一端通过发射器输入的发射信号，只能通过二端口的天线进行发射传出，而一旦二端口的天线接收到信号时，只能传递到三端口，这就避免了信号的互相干扰，加强了设备的抗干扰能力，防止信号的紊乱[3]。

2.2.2 隔离器

隔离器顾名思义就是隔离信号的传输，使得信号只能单方向的进行传输。具体表现为：在环行器中，一端口的信号很容易就传输到二端口，但是当传输到二端口的同时，部分信号会作为二端口的输入信号传输到三端口，使得本来二端口接受的信号与一端口的传输信号紊乱，同时传输到三端口，这时就可以在三端口上加上一隔离器，将一端口的传输信号进行吸收，只让二端口的接受信号进行传输。隔离器的作用使得环行器对于信号的传输更加的稳固，更好的保障了信号的抗干扰及抗紊乱的能力。

2.2.3 移相器

众所周知，一切物体的传播都需要介质，并且当信号在介质内进行传播时，其相位角会发生变化，就好比抛石头，总会是一条抛物线一样，信号也不例外。其相位角发生改变的大小取决于传输所利用的介质材料以及传输线的物理参数。这便意味着一旦决定了信号的传输方式，那么信号的相位角必然发生变化，且这一变化已经固定。但是，当信号通过铁氧体进行传输时，其相位角的变化不仅仅取决于外界所存在的客观因素，还决定于信号的激发方式。因此，根据铁氧体传输信号的这一特性，人们发明了移相器，将其应用在国防事业的相控阵雷达上。其中的移相器阵列单元是由电脑进行控制，可以通过控制其相位角的变化，从而确定传输信号所去往的方向，达到准确检测目标的目的。

2.2.4 微波开关

微波自动开关是指应用微波铁氧体材料的多普勒效应进行控制，检测物体的移动，并将物体的移动作为电信号进行传输，从而达到控制某一物体的作用。而在跟踪测量的雷达系统的内部，应用了铁氧体器件制成极化器和微波转化电路所需的电器元件，这些元器件能够小于1个脉冲的周期内进行开关的控制，即当出现一个极化情况不明的信号时，这种微波转化地电路会在一个脉冲周期内进行询问，而且还可以使接收的信号在一个周期内转换一次，使得得到的信号强度等于发射的信号强度。也就意味着，当飞机在半空中进行运动的同时，雷达接收到飞机发射回来的信号，通过内部的微波开关使得接收回来的信号更加清晰，时间更为简洁。

3 微波铁氧体器件在今后社会中的发展趋势

3.1 集成化

由于微波铁氧体所应用的领域内的设备越来越固体化，通常一个系统需要多个设备来进行共同操作，所以微波铁氧体也必须适应这种发展趋势。例如，一台雷达系统需要许多环行器、隔离器及移相器共同作用下才能完美地发挥自己的能力，虽然这些设备都不是雷达仪器自身所具备的，但是后期通过采购进行安装就能组合成了一套雷达系统。由于这些原件甚至都不是一个公司进行生产的，在性能上有可能有着不稳定的因素，所以微波铁氧体器件必须集成化，这样才能统一、协调地进行工作。

3.2 贴装化

微波铁氧体器件被广泛地应用于通信服务行业，其中通信基站离不开环行器及隔离器。通信基站主要是用于人们日常的电话通信中，因此人们日常生活中所使用的手机也需安装环行器和隔离器，只有这样才能接收到基站所发出的信号。但是手机内部的空间相对于环行器而言过于窄小，只能采用贴装于手机内才可以实现手机的功能，为此发明较为小巧的环行器及隔离器，通过贴装于设备上进行应用，是未来微波铁氧体元件的发展趋势。

3.3 高频化

现在的频率资源大多数都是在米波、厘米波带进行利用，其利用率已经相对于现在社会显得捉膝见肘，因此高频率的发展势在必行。为此人们发明了毫米波，毫米波在其应用上更加广泛，可以更好地穿透云雾、水和大气层，使得传播更加地不受限制，不仅广泛地应用于全天候雷达中，还被应用于现在社会的汽车驾驶上，当与前车的距离达到设定的安全距离时，会自动的进行报警，对于距离的测量更加的准确。这对我国自动驾驶行业的发展有着深远的影响[4]。

3.4 高功率性

在现代军事中，不仅仅雷达监测事业在发展，战机的反监察事业也在不断进步，战机通过在其表面涂抹大量的微波吸收材料，导致监测不到雷达发射的微波，达到其“隐身”的目的，这就是所谓的隐形战机。因此，为了使得“隐形”战机无所遁形，雷达必须发射高频率、高功率的信号电平，使得战机吸收不了信号，及时地监测到敌机的动向。这对我国国防事业产生积极的作用[2]。

4 结 论

尽管我国的通信行业、雷达监测行业、航天行业已经广泛地应用了微波铁氧体器件，但是我国微波铁氧体的制造行业却没有得到更好的发展。目前，我国能够生产和研究微波铁氧体的企业只有国内几家大型的研究所和部分个人企业，每年生产的微波铁氧体材料的产值较低。这显然是不能满足我国的现实需求的。因此，我国必须全力发展微波铁氧体事业，并专注创新。