一种透射式法拉第旋转器设计

郭静超+方正新

摘 要 本文设计了一种透射式的法拉第旋转器。该法拉第旋转器由两层石英匹配层、两层胶粘剂薄层和铁氧体圆盘组成。仿真结果表明这种透射式的法拉第旋转器具有匹配度高、系统驻波小、透射率高等优点。

【关键词】波束波导 法拉第旋转器 铁氧体

1 引言

法拉第旋转器是一种利用法拉第效应实现光的偏振状态旋转的装置，是准光学隔离器中的重要装置之一，常用于低损耗准光学波束波导馈电网络系统中。法拉第旋转器和极化线栅一起工作实现收发通道之间的信号隔离。本文中透射式的法拉第旋转器的基本原理为：波束每透射通过一次旋转器，极化状态旋转45°。若发射极化为水平极化，则电磁波透射通过法拉第旋转器后极化状态旋转45°，经反射的回波再次透射通过法拉第旋转器后，极化状态再次旋转45°成为垂直极化，并由极化线栅反射实现发射信号与接收信号的隔离。仿真结果表明该法拉第旋转器匹配度高、系统驻波小、透射率高。

2 馈源喇叭的设计与分析

法拉第旋转器与极化线栅共同组成准光学隔离器，实现收发通道之间的信号隔离，是W频段准光学传输系统中的另一关键部件。

当一个线性极化波行进在与磁化平行且均匀厚度d的铁氧体时，极化波的主轴将会旋转一定角度θ，基于该原理设计的器件为法拉第旋转器。

其中，d为铁氧体厚度，4πMS铁氧体饱和磁化强度，γ为旋磁比，γ=2.21×105rad/s/A/m，εf为铁氧体相对介电常数。法拉第旋转器示意图如图1所示。

在该套系统中，法拉第旋转器设计为透射式，波束每透射通过一次铁氧体，极化状态旋转45°。若发射极化为水平极化，透射通过法拉第旋转器后极化状态旋转45°，经目标反射的回波再次透射通過法拉第旋转器后，极化状态再次旋转45°成为垂直极化，并由极化线栅反射实现发射信号与接收信号的隔离。

3 馈源喇叭仿真结果及结果分析

经过建立的分层媒质总体反射和透射系数与法拉第旋转器各分层煤质电磁参数与几何尺寸之间的关系模型。能够利用主极化和交叉极化的透射系数进一步计算得到器件的旋转角和插入损耗。

目前已经具备铁氧体材料若干，铁氧体材料采用100mm×100mm×3mm的模具烧结而成。为验证磁性材料的基本性能，在Ka波段26.5GHz～40GHz进行初步测试。铁氧体材料测试结果如图2所示。

4 结语

本文设计了一种可用于准光学波束波导馈电网络的透射式法拉第旋转器，仿真结果表明这种透射式的法拉第旋转器具有匹配度高、系统驻波小、透射率高等优点。

参考文献

[1]陈谦，方正新，陈明，艾加秋.实现收发分离的W波段波束波导馈电网络[C].2015年全国微波毫米波会议论文集，2015.

[2]王光辉，吴福全，徐世昌.BiCaInVIG法拉第旋转器旋光色散的测量[J].光电子技术与信息，2004，17（05）.