《微波有源电路理论分析及设计》课件第5章.ppt

谐振线宽ΔH：谐振线宽与谐振器的无载Q值相对应，材料线宽越窄，用做谐振器时无载Q值越高。影响线宽的因素很多，主要有三种：第一，由表面抛光不好引起，它表示晶体

结构不规则所造成的从均匀一致进动到激发自旋波所引起的能量损失；第二，由YIG中能量散射到杂质中去而引起，任何掺杂都会使线宽增大；第三，由基本体积散射效应所引起，它

与纯度和光洁度无关，它随温度和频率的增大而增大。另外，样品所在处内、外磁场的不均匀性也会使线宽变宽。各向异性常数K1/MS：通常谐振器所用的单晶铁氧体都为立方点阵结构，如图5-28所示，它有三个主晶轴，即［100］轴、［110］轴、［111］轴。材料在某些晶轴方向易于磁

化(易轴)，而沿另一些晶轴方向则难于磁化。因此，单晶铁氧体谐振器的谐振频率将随晶轴对偏置磁场H0的取向不同而变化。显然，每个单晶体都有三个［100］轴，六个［110］轴和四个［111］轴。为计算不同取向的谐振频率，将引入各向异性常数，通常只考虑第一各项异性常数K1/MS，第二各向异性常数K2/MS影响甚小，工程上常略去。在高斯单位制中其单位为奥斯特。图5-28铁氧化立方点阵结构无载Q值：同其它任何谐振系统一样，除了谐振频率之外，另一个描述单晶铁氧体谐振器特性的重要参数就是它的无载Q值。理论上可以计算椭球谐振样品的无载Q值为

(5-126)

Qu随着频率的升高而增大。Qu等于零时谐振器不能工作，此时对应的频率称“最低调谐频率”。设在xyz直角坐标系中，取外磁场H0沿z方向，考虑各向异性场的影响时，对椭圆形铁氧体谐振器而言，其谐振频率为

(5-127)式中，Nx、Ny、Nz分别为x、y、z方向的去磁系数，它仅与样品的形状有关。Nx′、Ny′、Nz′是各向异性场在x、y、z方向的等效去磁系数。

(5-128)若外磁场矢量(沿z方向)在小球立方点阵的［110］面内，并与共面的［100］轴的夹角为θ时，Nx′、Ny′、Nz′可表示为

(5-129)

(5-130)

(5-131)将Nx、Ny、Nz和Nx′、Ny′、Nz′代入(5-127)式，得小球谐振器的振荡频率为

(5-132)3.谐振频率的温漂与温度稳定轴

当温度变化时，会引起单晶铁氧体谐振器的谐振频率变化，对谐振器本身而言，主要是样品的材料、形状、饱和磁化强度以及各向异性场等因素随温度变化所引起。

样品的材料和形状不同，其频率的计算公式不同，因而温度的变化所引起的频移不同。直观看来，4πMS的温度相应似乎对小球样品不起影响，其实，由于实用中小球体加工只要稍不圆，各轴向的去磁系数就不等，4πMS就会起作用。要减小这种不稳定性，必须采用尽可能小的球体和4πMS很低的材料。各项异性常数随温度的变化是非常大的，各向异性场的温度响应所引起的频率漂移十分明显。由(5-132)频率计算公式可见，如果能使式中各向异性场所对应的项为零，则谐振频率就与温度无关。在(5-132)中忽略(K1/MS)2项得

(5-133)

要使上式的第二项为零，应使

求解得θ=29°40′。4.YIG谐振器等效电路

YIG小球通常是通过一耦合环接入晶体管振荡器中，该耦合环用一电感表示，而YIG小球等效为一个并联的RLC回路，如图5-29所示，其等效元件值的计算公式为

(5-134)

(5-135)

(5-136)图5-29YIG小球等效电路式中，ω0是YIG小球的谐振角频率，V是小球的体积，d是耦合环的直径，γ是旋磁比。谐振器的阻抗为

(5-137)

式中Ld是耦合环电感。有了谐振器的阻抗和振荡管的S参数，则可根据振荡条件进行匹配电路设计。5.YIG调谐振荡器电路

典型的YIG调谐振荡器如图5-30所