CN102664298B - 一种环形器带线非互易结组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，它包括中心圆结组件（1）、一个Y结组件（2）和至少三个接口端（3），Y结组件（2）和三个接口端（3）间隔分布于中心圆结组件（1）上，Y结组件（2）构成并联电感，接口端（3）的出口处构成电容，电感和电容构成LC匹配段。本发明提供一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，接口端构成的电容与Y结组件构成的并联电感一起构成了LC匹配段，通过LC匹配段实现线路匹配，具有无需另设连接器件，在降低设备成本的同时，提高了安全性，延长了器件的使用寿命等优点。

Description

一种环形器带线非互易结组件

技术领域

本发明涉及一种环形器带线非互易结组件。

背景技术

环形器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。旋磁片之间的带线与旋磁片之间的结构是影响环形器尺寸和性能的重要指标之一，现有技术多采用直接设置连接器件，连接器件需要占据一定的空间，在进行结构设计时，需要为其留置一定的空间，而且相邻器件之间容易发生交互影响，安全系数较低。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，接口端构成的电容与Y结组件构成的并联电感一起构成了LC匹配段，通过LC匹配段实现线路匹配，无需另设连接器件。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，它包括中心圆结组件、一个Y结组件和至少三个接口端，Y结组件和三个接口端间隔分布于中心圆结组件上，Y结组件构成并联电感，接口端的出口处构成电容，电感和电容构成LC匹配段。

本发明的有益效果是：本发明提供一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，接口端构成的电容与Y结组件构成的并联电感一起构成了LC匹配段，通过LC匹配段实现线路匹配，具有无需另设连接器件，在降低设备成本的同时，提高了安全性，延长了器件的使用寿命等优点。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的对称带状线；

图3为本发明的仿真曲线；

图中，1-中心圆结组件，2-Y结组件，3-接口端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，它包括中心圆结组件1、一个Y结组件2和至少三个接口端3，Y结组件2和三个接口端3间隔分布于中心圆结组件1上，Y结组件2构成并联电感，接口端3的出口处构成电容，电感和电容构成LC匹配段。

1、中心圆结半径设计：在几乎所有著作中，都推导出环形器截止波数kR值为1.84，实际应用中，kR取值都比1.84要小，对低场环形器，环形器截止波数kR一般取值1.2～1.8。下面先计算μ_e(磁导率)和k/μ。因将γ＝2.8MHz/奥，f₀＝5600MHz代入得P＝0.5，而μ_e＝1-P²，代入得：μ_e＝0.75，铁氧体的有效介电常数为14，中心工作波长故有：R＝1.84/k＝4.8mm；在设计时与实际应用中，中心导体圆结的半径都会有一个系数，一般取R₀＝(0.8～0.9)R，在此取R₀＝0.8R，即中心导体圆结半径为：R₀＝0.8*4.8＝3.84mm。

2、匹配段的计算：环形器的匹配段一般有两种方法：直接耦合法和四分之一波长阻抗变换器耦合法。本发明采用四分之一波长阻抗变换器耦合法，即实际上是计算构成LC匹配段网络的电感长度和电容面A的面积。对称带状线如图2所示，尺寸W、H、t有很大的选择性，满足同一结果，可以有多种选择。我们选用的带线t＝0.3，H＝5.3，W＝1.25；

首先计算带状线特性阻抗： $Z_f=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_e}{{\mathrm{\ϵ}}_e}}30\mathrm{\π}\ln \frac{W+H}{W+t}=31.4\mathrm{\Ω}$

中心结阻抗： $R_j=\frac{{y*Z}_f*\sin \mathrm{\Ψ}}{\mathrm{\π}}\mathrm{\Ω}$

式中：y为中心结特性导纳参量，可查得y≈5，ψ为R₀＝3.5的中心圆结与W＝1.5之间形成耦合角的一半，sinΨ＝0.19，代入上式得：R_j＝9.5Ω

以上计算符合中心导体匹配段常规的数值。

3、铁氧体旋磁片直径和厚度的计算

环形器的铁氧体旋磁片直径为：φ＝2*(R₀+l₁)

从而得出：φ＝2*(3.84+3.58)＝14.82mm

同时可由低场宽带环流器的最佳4πMs(饱和磁化强度)和直径与频率的关系可知：旋磁片直径0.42寸左右，即15mm。这也和理论计算值基本一样。

旋磁片的厚度：

计算环形器的结输入电导：

Y_T为阻抗变换器的特性导纳，Y₀为外接传输线的特性导纳，而匹配器导纳为：根据已知的Sm＝1.2，计算出Y_T＝0.056，从而得出G₀＝0.131，ε₀＝8.85*10^-12法拉/米，为了降低环形器的接地电容，增加承受功率，我们选用d＝2.5mm。

相关设计完成后我们使用了电磁场仿真软件Ansoft HFSS对环形器进行了仿真优化设计，以检验设计的准确性，图3为仿真曲线，从图3的仿真曲线可以看出，设计选择的旋磁铁氧体片的饱和磁化强度4πMs、旋磁片直径、厚度基本符合要求。

Claims (1)

1.一种环形器带线非互易结组件，两铁氧体旋磁片之间的带线与铁氧体旋磁片组成非互易结，它包括中心圆结组件(1)、一个Y结组件(2)和至少三个接口端(3)，其特征在于：Y结组件(2)和三个接口端(3)间隔分布于中心圆结组件(1)上，Y结组件(2)构成并联电感，接口端(3)的出口处构成电容，电感和电容构成LC匹配段，通过LC匹配段实现线路匹配，无需另设连接器件，在降低设备成本的同时，提高安全性，延长器件的使用寿命；

其中，考虑到环形器截止波数kR值小于传统推导的1.84，对于低场环形器，环形器截止波数kR取值1.2～1.8，因此在设计中心圆结组件(1)的半径时添加系数0.8，即R₀＝0.8*R，截止波数kR＝1.84，取旋磁比γ＝2.8MHz/奥、中心频率f₀＝5600MHz，得归一化饱和磁化强度P＝0.5，磁导率μ_e＝1-P²＝0.75，结合介电常数ε_e＝14、中心工作波长有k＝0.384，从而得R＝18.4/k＝4.8mm，R₀＝3.84mm；

铁氧体旋磁片直径为：φ＝2*(R₀+l₁)，得：φ＝2*(3.84+3.58)＝14.82mm；

铁氧体旋磁片的厚度为：其中环形器的结输入电导Y_T为阻抗变换器的特性导纳，Y₀为外接传输线的特性导纳， $Y_0=\frac{1}{50}=0.02,$ 而匹配器导纳为： $\frac{Y_T}{Y_0}\≈S_m{[1+{\left(\frac{{4Q}_L}{\mathrm{\π}}\right)}^2]}^{\frac{1}{2}},$ 根据已知的S_m＝1.2，计算出Y_T＝0.056，从而得出G₀＝0.131，ε₀＝8.85*10^-12法拉/米，为了降低环形器的接地电容，增加承受功率，选用d＝2.5mm。