CN102386469A - 一种全x波段铁氧体微带环行器 - Google Patents

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陈良
王鑫
汪晓光
邓龙江
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Abstract

一种全X波段铁氧体微带环行器，属于微波器件技术领域。包括矩形铁氧体基板和正六边形金属平面中心结；所述正六边形金属平面中心结具有三个由四分之一波长匹配微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。本发明在正六边形中心结上加载细缝，相当于加入了一截开路线结构，能够有效调节中心结的阻抗，使得与外部微带线的过渡更为平滑，从而能偶有效增加环行器的工作带宽；同时能够有效减小中心导体的尺寸，有利于器件的小型化。

Description

一种全X波段铁氧体微带环行器
技术领域
本发明属于微波器件技术领域，涉及铁氧体环行器。
背景技术
早在二次世界大战期前，微波铁氧体器件就开始应用于军事领域。如环行器、隔离器等解决了雷达的级间隔离、阻抗以及天线共用等一列实际问题，极大地提高了雷达系统的战术性能。到了二十世纪九十年代，美俄等国实行了“军转民”科研生产方针，使得微波器件的应用迅速扩展到民用通讯、能源技术、工农医等领域。铁氧体环行器的应用领域及市场需求也随之迅速扩大。
铁氧体环行器由于具有体积小，易与微波电路集成等优点，一直是近年环行器研究的主要对象。铁氧体环行器的一个研究方向是为铁氧体器件和材料探索新的生产工艺和新的技术途径，进行新材料的研究和新型器件的开发。现常用的环行器有如单Y，双Y，圆盘，三角，六角等多种组合方式形成的结构。在实现基本的环行性能前提下，如何拓展带宽以及尽量缩减器件体积，是环行器研发中的重要课题之一。
发明内容
本发明提供一种全X波段铁氧体微带环行器，该环行器在整个X波段(8GHz～12GHz)内具有高隔离性能、低插入损耗和端口驻波的特点；同时体积较小，易于微波电路相集成。
本发明技术方案如下：
一种全X波段铁氧体微带环行器，如图1所示，包括矩形铁氧体基板1和正六边形金属平面中心结2；正六边形金属平面中心结2位于矩形铁氧体基板1表面中间位置。所述正六边形金属平面中心结2具有三个由四分之一波长微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。
如图2所示，上述全X波段铁氧体微带环行器还可包括一个偏置磁化铁氧体3；所述偏置磁化铁氧体3为圆柱状，位于矩形铁氧体基板1下方并与正六边形金属平面中心结2同心。
上述全X波段铁氧体微带环行器中，如图3所示，所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成Y型结构。
上述全X波段铁氧体微带环行器中，如图4所示，所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
本发明的有益效果是：
本发明在现有铁氧体微带环行器的正六边形金属中心结上开了三条120度旋转对称的细缝，形成了类似开路线的结构。在中心结上加载120度旋转对称的具有磁臂脊的细缝，相当于加入了一截开路线结构，能够有效调节中心结的阻抗，使得与外部微带线的过渡更为平滑，从而能偶有效增加环行器的工作带宽；同时由于加载的细缝结构改变了中心谐振导体的边界条件，使得中心导体的正负旋转本征模的截止波数发生变化，能够有效减小中心导体的尺寸，从而有利于器件的小型化。
附图说明
图1为本发明提供的全X波段铁氧体微带环行器的结构示意图之一。
图2为本发明提供的全X波段铁氧体微带环行器的结构示意图之二。图2与图1相比，增加了偏置磁化铁氧体3。
图3为本发明提供的全X波段铁氧体微带环行器中正六边形金属平面中心结的结构示意图之一。
图4为本发明提供的全X波段铁氧体微带环行器中正六边形金属平面中心结的结构示意图之二。图4与图3相比，其输入输出端在内侧四分之一波长微带线和中间匹配微带线之间增加了Y型到T型过渡微带线。
具体实施方式
具体实施方式一
一种全X波段铁氧体微带环行器，如图2所示，包括矩形铁氧体基板1、正六边形金属平面中心结2和偏置磁化铁氧体3；正六边形金属平面中心结2位于矩形铁氧体基板1表面中间位置，所述偏置磁化铁氧体3为圆柱状，位于矩形铁氧体基板1下方并与正六边形金属平面中心结2同心。所述正六边形金属平面中心结2具有三个由四分之一波长微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
器件主要尺寸及参数如下：
铁氧体基板厚度为0.8mm，正六边形边长为2.12mm，三条细缝长度为1.05mm、宽度为0.12mm，偏置磁化铁氧体半径为3.4mm；输入输出端中，内侧四分之一波长微带线长0.97mm、宽0.44mm，外侧四分之一波长微带线长0.63mm、宽0.12mm，中间匹配微带线长0.91mm、宽1.31mm。铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料的相对介电常数为14.5，饱和磁化强度为2800高斯。
上述环行器在频率8GHz～12GHz(全X波段)范围内，最小隔离度为：-20dB，最大插入损耗为-0.4dB，最大驻波为1.2。
具体实施方式二
一种全X波段铁氧体微带环行器，如图2所示，包括矩形铁氧体基板1、正六边形金属平面中心结2和偏置磁化铁氧体3；正六边形金属平面中心结2位于矩形铁氧体基板1表面中间位置，所述偏置磁化铁氧体3为圆柱状，位于矩形铁氧体基板1下方并与正六边形金属平面中心结2同心。所述正六边形金属平面中心结2具有三个由四分之一波长微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
器件主要尺寸及参数如下：
铁氧体基板厚度为0.8mm，正六边形边长为2.12mm，三条细缝长度为1.05mm、宽度为0.24mm，偏置磁化铁氧体半径为3.4mm；输入输出端中，内侧四分之一波长微带线长0.97mm、宽0.44mm，外侧四分之一波长微带线长0.63mm、宽0.12mm，中间匹配微带线长0.91mm、宽1.31mm。铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料的相对介电常数为14.5，饱和磁化强度为2800高斯。
上述环行器在频率8GHz～12GHz(全X波段)范围内，最小隔离度为：-18dB，最大插入损耗为0.6dB，最大驻波为1.2。相比具体实施方式一，由于加大了细缝的宽度，未过渡段匹配变差，总体的环行效果略有下降。
具体实施方式三
一种全X波段铁氧体微带环行器，如图2所示，包括矩形铁氧体基板1、正六边形金属平面中心结2和偏置磁化铁氧体3；正六边形金属平面中心结2位于矩形铁氧体基板1表面中间位置，所述偏置磁化铁氧体3为圆柱状，位于矩形铁氧体基板1下方并与正六边形金属平面中心结2同心。所述正六边形金属平面中心结2具有三个由四分之一波长微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
器件主要尺寸及参数如下：
铁氧体基板厚度为0.8mm，正六边形边长为2.12mm，三条细缝长度为1.05mm、宽度为0.06mm，偏置磁化铁氧体半径为3.4mm；输入输出端中，内侧四分之一波长微带线长0.97mm、宽0.44mm，外侧四分之一波长微带线长0.63mm、宽0.12mm，中间匹配微带线长0.91mm、宽1.31mm。铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料的相对介电常数为14.5，饱和磁化强度为2800高斯。
上述环行器在频率8GHz～12GHz(全X波段)范围内，最小隔离度为：-15dB，最大插入损耗为0.6dB，最大驻波为2.0。相比具体实施方式一，由于减小了细缝的宽度，大幅影响中心阻抗，使得三个端口匹配同时变差，总体的环行效果明显有所下降。
对比实施方式
一种全X波段铁氧体微带环行器，包括矩形铁氧体基板1、正六边形金属平面中心结2和偏置磁化铁氧体3；正六边形金属平面中心结2位于矩形铁氧体基板1表面中间位置，所述偏置磁化铁氧体3为圆柱状，位于矩形铁氧体基板1下方并与正六边形金属平面中心结2同心。所述正六边形金属平面中心结2具有三个由四分之一波长微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角。所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
器件主要尺寸及参数如下：
铁氧体基板厚度为0.8mm，正六边形边长为2.12mm，偏置磁化铁氧体半径为3.4mm；输入输出端中，内侧四分之一波长微带线长0.97mm、宽0.44mm，外侧四分之一波长微带线长0.63mm、宽0.12mm，中间匹配微带线长0.91mm、宽1.31mm。铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料的相对介电常数为14.5，饱和磁化强度为2800高斯。
上述环行器在频率9.1GHz～12GHz范围内，最小隔离度为：-20dB，最大插入损耗为0.6dB，最大驻波为1.2。相比具体实施方式一，对比实施方式未在中心结上开缝，中心结的阻抗产生变化，与外侧微带线的匹配变差，导致插损变大，且带宽有所缩减。

Claims (4)

1.一种全X波段铁氧体微带环行器，包括矩形铁氧体基板(1)和正六边形金属平面中心结(2)；正六边形金属平面中心结(2)位于矩形铁氧体基板(1)表面中间位置；其特征在于，所述正六边形金属平面中心结(2)具有三个由四分之一波长匹配微带线构成的输入输出端，每个输入输出端的内侧端口与正六边形的一个边相连，三个输入输出端的内侧端口两两之间互成120度夹角；在正六边形中没有连接输入输出端的另外三条边的中心垂线位置开有一条细缝，三条细缝尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的全X波段铁氧体微带环行器，其特征在于，所述全X波段铁氧体微带环行器还包括一个偏置磁化铁氧体(3)；所述偏置磁化铁氧体(3)为圆柱状，位于矩形铁氧体基板(1)下方并与正六边形金属平面中心结(2)同心。
3.根据权利要求1或2所述的全X波段铁氧体微带环行器，其特征在于，所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成Y型结构。
4.根据权利要求1或2所述的全X波段铁氧体微带环行器，其特征在于，所述三个输入输出端均由内侧四分之一波长微带线、Y型到T型过渡微带线、中间匹配微带线和外侧四分之一波长微带线顺序连接而成，三个输入输出端形成T型结构。
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