積體化於橫向及縱向磁化之旋轉磁材料上的毫米波單邊魚鰭狀波導的嚴密分析

Abstract

自從魚鰭狀波導（finline ）在1972年由Meier 發明以來，它已被廣泛的研究，應用 於毫米波（millimeter-wave ）頻段，它有以下的幾項優點：ぇ具有積體化的能力え 其傳輸頻帶較傳統的方形波導寬ぉ容易與方形波導接合。 磁性材料大致可分為兩類：ぇ鐵磁性磁村え氧化性磁材。雖然鐵磁性磁材在地球的藏 量相當豐富，但由於渦流（eddy current）損失的影響，使得鐵磁性磁材不適用於微 波顪率以上。相對地，氧化性磁材具有很高的電阻，在高頻下其渦流損失小，因此氧 化性磁材除了可應用於微波和毫米波頻率，目前更有人將其應用於光學積體電路上。 將磁性材料應用在微波（microwave ）和毫米波頻率下的元件，更是一種專門知識， 其中較主要者有：1)阻隔器（isolator），它將某一特定方向傳送的波衰減掉，而另 一方向傳送的波則不受影響，常見於實驗器材或保護裝置中。2)移相器（phase shif ter ），央利用外加靜磁場的大小和磁材長短來控制相移量，為相移陣列天線（phas e arroy antenna）中不可或缺的元件。3)旋轉器（circulator ），常見於雷達系統 中，為一相當有用的三埠元件。 本論文主要是針對積體化於旋轉材料上的毫米波單邊角鰭狀波導做初步的分析，我們 利用頻率空間解析法（Spectral-Domain Approach）來分析此一複雜的結構。由於磁 性材的特性與它的磁化狀態有著密切的關係，因此我們根據不同的磁化狀態（橫向或 縱向磁化）來推導導磁率的矩陣形式，進而求證含有橫向化材料之單邊角鰭狀波導為 不可倒置（Nonreciprocal ）元件，而含有縱向磁化材料之波導為可倒置（Reciproc al）元件。並探討相移器（Phase Shifter）和隔離器（Isolator ）的工作及設計原 理。