一種透射式法拉第旋轉器設計

郭靜超+方正新

摘 要 本文設計了一種透射式的法拉第旋轉器。該法拉第旋轉器由兩層石英匹配層、兩層膠粘劑薄層和鐵氧體圓盤組成。仿真結果表明這種透射式的法拉第旋轉器具有匹配度高、系統駐波小、透射率高等優點。

【關鍵詞】波束波導 法拉第旋轉器 鐵氧體

1 引言

法拉第旋轉器是一種利用法拉第效應實現光的偏振狀態旋轉的裝置，是準光學隔離器中的重要裝置之一，常用于低損耗準光學波束波導饋電網絡系統中。法拉第旋轉器和極化線柵一起工作實現收發通道之間的信號隔離。本文中透射式的法拉第旋轉器的基本原理為：波束每透射通過一次旋轉器，極化狀態旋轉45°。若發射極化為水平極化，則電磁波透射通過法拉第旋轉器后極化狀態旋轉45°，經反射的回波再次透射通過法拉第旋轉器后，極化狀態再次旋轉45°成為垂直極化，并由極化線柵反射實現發射信號與接收信號的隔離。仿真結果表明該法拉第旋轉器匹配度高、系統駐波小、透射率高。

2 饋源喇叭的設計與分析

法拉第旋轉器與極化線柵共同組成準光學隔離器，實現收發通道之間的信號隔離，是W頻段準光學傳輸系統中的另一關鍵部件。

當一個線性極化波行進在與磁化平行且均勻厚度d的鐵氧體時，極化波的主軸將會旋轉一定角度θ，基于該原理設計的器件為法拉第旋轉器。

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

在該套系統中，法拉第旋轉器設計為透射式，波束每透射通過一次鐵氧體，極化狀態旋轉45°。若發射極化為水平極化，透射通過法拉第旋轉器后極化狀態旋轉45°，經目標反射的回波再次透射通過法拉第旋轉器后，極化狀態再次旋轉45°成為垂直極化，并由極化線柵反射實現發射信號與接收信號的隔離。

3 饋源喇叭仿真結果及結果分析

經過建立的分層媒質總體反射和透射系數與法拉第旋轉器各分層煤質電磁參數與幾何尺寸之間的關系模型。能夠利用主極化和交叉極化的透射系數進一步計算得到器件的旋轉角和插入損耗。

目前已經具備鐵氧體材料若干，鐵氧體材料采用100mm×100mm×3mm的模具燒結而成。為驗證磁性材料的基本性能，在Ka波段26.5GHz～40GHz進行初步測試。鐵氧體材料測試結果如圖2所示。

4 結語

本文設計了一種可用于準光學波束波導饋電網絡的透射式法拉第旋轉器，仿真結果表明這種透射式的法拉第旋轉器具有匹配度高、系統駐波小、透射率高等優點。

參考文獻

[1]陳謙，方正新，陳明，艾加秋.實現收發分離的W波段波束波導饋電網絡[C].2015年全國微波毫米波會議論文集，2015.

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