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1 绪论
1.1 微波铁氧体环形器概述
微波铁氧体环行器是多端口无源器件，最常见的有三端口或四端口。按结构划分，微波铁氧体环行器分为结环行器、场移式环行器、相移式环行器和法拉第旋转式环行器等。其中使用最为频繁的是结型环行器，通常为三端口元件，后面的三种都是四端口器件。
波导结环行器是一种横向磁化非互易微波元件，微波信号在通过环行器时，可以实现微波能量在三个端口之间的正向传输、反向隔离功能。Y 型波导结环行器可以看成是三个波导与中心结谐振腔构成的耦合器件。环行器中三个本征模的工作模式为 （左旋模）、 （右旋模）和 （同相模）。当波导结的中心铁氧体偏置磁场为0时，微波能量从另外两个端口等幅输出。当外加偏置磁场大小、方向合适时，从1端口进入的微波能量场将绕中心铁氧体旋转30°，从2端口输出，而在3端口由于左旋模和右旋模反向抵消而微波能量为0，所以没有输出，为隔离端口，这样环形器就实现能量沿1→2→3→1 端口传输的环行功能如图1.1所示。
图1.1 三端口波导结环形器示意图
1.2 铁氧体环形器的应用
环行器应用十分广泛，在雷达中它用于分离输入信号和输出信号、入射波和反射波作为天线收发转换开关，即双工器使用。在微波传输系统和测量系统中做隔离器使用等。大多数环行器可以用来保护大功率射频源。环行器常见的应用有如下几个方面：1）负载隔离2）收发开关3）多路技术4）参量放大器5）移相器等。
环行器因高隔离和低插损在通信领域有着不可代替的作用，比如雷达中的双工器。从频率上来看，毫米波具有方向性好、信息容量大、器件体积小等优势，所以毫米波环形器优势明显。在广泛应用于高分辨率雷达和射电天文等微波系统中的波导环行器中，使用的铁氧体一般是圆柱形、三角柱形和优尔角柱形。遥感、制导、电子对抗、通信、雷达等迅速发展，极大地推动并拓宽了毫米波器件的发展与应用。
1.3 铁氧体环形器的国内外现状及发展前景
1.4 本文的主要工作
本文的主要任务是根据电磁波在铁氧中传播的相关理论，在此基础上利用商业仿真软件，研究电磁波在波导铁氧体环行器中的传播特性。通过学习并熟练运用HFSS软件，进行基于HFSS软件的铁氧体环形器的仿真验证。通过查阅相关文献建立可用3D模型并进行仿真设计，研究电磁波在铁氧体环形器中的传播特性，并进行分析验证，给出合理解释。在建立的可用模型基础之上改变环形器中心铁氧体的设计尺寸，再次进行仿真，得出同一变量下的不同结果，运用相关理论知识进行验证和分析，得出一般结论。最后根据仿真结果对比改变不同参数对环形器性能的影响。通过完成本课题能够对铁氧体环形器的设计及微波电路仿真与设计的基本技能有所掌握。
本文的内容组织安排如下：
第一章是绪论部分，首先主要介绍微波铁氧体环形器的一些基本原理、主要应用及前景等，其次总结了本文的总体工作及内容安排。
第二章主要介绍微波铁氧体环形器的基本理论。包括铁氧体的基本性质、磁导率张量，铁氧体中的平面波传播等相关内容。
第三章主要是环形器的相关理论，其中包括环形器的分类，环形器的的散射矩阵。其次介绍了HFSS软件相关内容以及仿真的流程，其中包括铁氧体环形器的设计指标、模型创建、仿真流程、仿真结果等内容。