第8期 徐芳等：频率可调磁感应波器件的微波透射性能 。1035。 4mm×10mm)的透射曲线.结果示于图2(a),S21为 Marw方程组无解，即无传输模存在，电磁波不能 透射系数.图中模拟结果与理论分析相符，透射曲 透过介质，因此能量在入射界面处几乎全部反射. 线中存在一个明显的禁带该禁带的中心频率随外 图2b)给出了模拟的禁带频率处单块铁氧体的磁 加磁场的增加而不断升高.由于在单负介质中 场分布图.可以明显地看出，电磁波不能通过铁氧 (b) A.m 41.7T 17.6 x(H) 81 39 128 0.514 -0-200kAm1 0.193- -0-240kAm1 -△-280kAm1 0.0572 0- 101214161820 f/GHz 图2（模拟的单块铁氧体的透射谱：(b)在240kA·m-1的偏置磁场下，12GHz处磁场强度分布情况 Fig 2 (a)Simulated transmission spectra of the single ferrite slab:(b)magnetic field map of the single ferrite shb at 12GHz under a hias field of 240kA"m-1 体向前传播，绝大部分能量在入射界面被反射回去. 增加而增加，在禁带对应的频率透射曲线(S21)的相 图3显示了实验测得的不同磁场条件下单铁氧 位出现突变.由于仿真软件对磁介质内场（磁晶各 体块(22mm×4mm×10mm)的微波透射曲线和相 向异性场、形状各向异性场等)条件过度简化，因此 位.实测的散射参数与模拟结果呈现相同规律，透 实验结果和方针结果仅定性符合，实测的场致频率 射曲线中存在明显微波禁带，且禁带频率随外磁场 变化量数值与仿真结果有较大偏差. (a) 150 100 9Sa 50 -0-160kAm4 -0-160kAm1 -0-240kAm -50 -0-240kAm1 -△-320kAml -△-320kAm-l =7-400kA·mt -100 -◇-400kA·m1 -20 -◇-480kA:m -150 +=480kA:m+ 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 9.510.010.511.011.512.012.513.0 f/GHz f/GHz 图3Y铁氧体在不同磁场下的幅值(a)和相位(b) Fig.3 Measured amplitude (a)and phase (b)of Y-type ferrite under different lias magnetic fields 双层铁氧体结构与单块铁氧体的微波透射曲线 氧体的间隙处磁场强度显著增强，甚至可以超过波 呈现显著的差异.图4(a)显示模拟的双层铁氧体复 源处的磁场强度.图4b)显示了240kAm外场 合结构在不同磁场条件下的透射曲线.从图中可以 条件下透射峰频率处(14.1GHz)样品的模拟磁场分 看出，与单块铁氧体相比，双层铁氧体结构的禁带宽 布.可以看到，间隙处的磁场强度很强，电磁波透过 度显著增加，而且在禁带内出现一个明显的透射峰， 两层铁氧体的间隙通过样品.这与单块铁氧体的情 该透射峰的频率随着外加磁场的增加也向高频方向 况（图2(b))明显不同.这证实了间隙处的强电磁耦 移动.根据上述理论分析，该透射峰是由于形成磁 合使磁场强度显著增强，产生磁感应波，使电磁波透 感应波透过样品而形成的通带.在偏置磁场和微波 过样品. 场共同作用下铁氧体发生铁磁共振，当两块铁氧体 图5()显示了在透射峰频率处的样品磁场强 平行放置且距离很近时，其相对表面上的静磁表面 度分布在一个周期内的连续变化情况.结果显示 波共振模发生强烈的耦合，产生磁感应波，在两层铁 波前整体向前传播，透过两层铁氧体结构，但是复合4mm ×10mm)的透射曲线, 结果示于图 2( a), S21为 透射系数.图中模拟结果与理论分析相符, 透射曲 线中存在一个明显的禁带, 该禁带的中心频率随外 加磁场的增加而不断升高.由于在单负介质中 M axw ell 方程组无解, 即无传输模存在, 电磁波不能 透过介质, 因此能量在入射界面处几乎全部反射. 图 2( b)给出了模拟的禁带频率处单块铁氧体的磁 场分布图 .可以明显地看出, 电磁波不能通过铁氧 图 2 ( a) 模拟的单块铁氧体的透射谱;( b) 在 240 kA·m -1的偏置磁场下, 12GHz 处磁场强度分布情况 Fig.2 ( a) Simulat ed transmission spectra of the single ferrit e slab;( b) magnetic field map of the single ferrit e slab at 12GHz under a bias field of 240 kA·m -1 体向前传播, 绝大部分能量在入射界面被反射回去 . 图 3 显示了实验测得的不同磁场条件下单铁氧 体块( 22 mm ×4 mm ×10 mm) 的微波透射曲线和相 位.实测的散射参数与模拟结果呈现相同规律, 透 射曲线中存在明显微波禁带, 且禁带频率随外磁场 增加而增加, 在禁带对应的频率透射曲线( S21) 的相 位出现突变 .由于仿真软件对磁介质内场( 磁晶各 向异性场 、形状各向异性场等) 条件过度简化, 因此 实验结果和方针结果仅定性符合, 实测的场致频率 变化量数值与仿真结果有较大偏差. 图3 Y 铁氧体在不同磁场下的幅值( a) 和相位( b) Fig.3 Measured amplitude ( a) and phase ( b) of Y-t ype ferrit e under different bi as magnetic fields 双层铁氧体结构与单块铁氧体的微波透射曲线 呈现显著的差异 .图 4( a) 显示模拟的双层铁氧体复 合结构在不同磁场条件下的透射曲线 .从图中可以 看出, 与单块铁氧体相比, 双层铁氧体结构的禁带宽 度显著增加, 而且在禁带内出现一个明显的透射峰, 该透射峰的频率随着外加磁场的增加也向高频方向 移动.根据上述理论分析, 该透射峰是由于形成磁 感应波透过样品而形成的通带 .在偏置磁场和微波 场共同作用下铁氧体发生铁磁共振, 当两块铁氧体 平行放置且距离很近时, 其相对表面上的静磁表面 波共振模发生强烈的耦合, 产生磁感应波, 在两层铁 氧体的间隙处磁场强度显著增强, 甚至可以超过波 源处的磁场强度.图 4( b) 显示了 240 kA·m -1外场 条件下透射峰频率处( 14.1 GHz) 样品的模拟磁场分 布 .可以看到, 间隙处的磁场强度很强, 电磁波透过 两层铁氧体的间隙通过样品 .这与单块铁氧体的情 况( 图 2( b) ) 明显不同 .这证实了间隙处的强电磁耦 合使磁场强度显著增强, 产生磁感应波, 使电磁波透 过样品 . 图 5( a) 显示了在透射峰频率处的样品磁场强 度分布在一个周期内的连续变化情况 .结果显示, 波前整体向前传播, 透过两层铁氧体结构, 但是复合 第 8 期 徐 芳等:频率可调磁感应波器件的微波透射性能 · 1035 ·