CN102938484A - 一种对称开槽双y结微带铁氧体环行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，属于微波铁氧体器件领域。该环行器包括圆柱体永磁、金属接地层、旋磁铁氧体基片、双Y结电路。本发明在传统的双Y结结构基础之上，在圆盘结上开出六个以圆盘结圆心为中心形成60°旋转对称分布的细槽，形成开路结构，细槽与大Y臂和小Y臂的夹角都为30°。开槽降低了圆盘结本征模的截止波数，显著降低了圆盘结的半径，实现了器件的小型化。同时，开槽改变了圆盘结的阻抗，使器件获得了良好的阻抗匹配，拓展了工作带宽。与传统的双Y结微带铁氧体环行器相比，开槽后器件的平面尺寸可以降低到60%以下，工作带宽可以增加到1.8倍以上，适应了微带铁氧体环行器的小型化和大宽带发展要求。
Description
技术领域
本发明属于微波器件技术领域，涉及一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器。
背景技术
微带铁氧体环行器是一种具有小型化、轻量化、生产成本低、生产周期短、可靠性高及性能好等优点的微波无源器件，在通信系统中应用广泛，工作频率主要位于 S、C、X、Ku等波段。为了获得优良的器件性能，微带铁氧体环行器通常采用单Y结或双Y结的电路结构与中心结进行阻抗匹配。单Y结电路结构简单，使用四分之一波长传输线或两节传输线过渡构成三个大Y臂，可以实现良好的阻抗匹配。双Y结电路在单Y结的基础上增加了三个小Y臂，可行实现阻抗内补偿，有利于拓展器件的带宽。当采用低场设计时，单Y结和双Y结结构受到铁氧体基片介电常数的限制，器件的平面尺寸通常较大。与传统的单Y结和双Y结匹配电路相比，鱼刺型电路可以更好地利用铁氧体基片的面积，显著降低器件的平面尺寸，但其电路结构较为复杂，设计难度较高，并且难以实现大的带宽。实现微带铁氧体环行器的小型化、高频化、大带宽对微波集成系统的发展具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，该环行器的带宽达到1.5 GHz，在3.45～4.95 GHz范围内具有高隔离度和低损耗，同时器件的平面尺寸较小，有利于与微波电路进行集成。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，如图1所示，包括圆柱体永磁1、金属接地层2、旋磁铁氧体基片3、双Y结电路4。金属接地层2和双Y结电路4分别位于旋磁铁氧体基片3的下表面和上表面的中心位置处，圆柱体永磁1置于金属接地层2和旋磁铁氧体基片3的下方，并且与双Y结电路4同心。
上述方案中，如图2所示，所述双Y结电路4由圆盘结5、三个由四分之一波长微带线6和五十欧姆微带线7构成的大Y臂电路、三个相同尺寸的微带线8构成的小Y臂电路及在大Y臂和小Y臂的夹角中央开的六个相同细槽9所构成。
上述方案中，所述旋磁铁氧体基片3的平面形状为矩形，其材料性能参数由环行器的性能指标及尺寸参数决定。
上述方案中，所述三个由四分之一波长微带线6和五十欧姆微带线7构成的大Y臂电路之间的夹角为120°。
上述方案中，所述三个相同尺寸的微带线8构成的小Y臂电路之间的夹角为120°，与大Y臂电路之间的夹角为60°。
上述方案中，所述三节五十欧姆微带线7可以分别与三个外接微波端口连接进行馈电，并且可以根据外接微波端口的位置进行适当弯折。
上述方案中，所述六个细槽9以圆盘结5的圆心为中心形成对称分布，细槽之间的夹角为60°，细槽与大Y臂电路和小Y臂电路之间的夹角都为30°，细槽的长度小于圆盘结5的半径。
本发明在双Y结微带铁氧体环行器的结构基础之上，在圆盘结上开出六个以圆盘结圆心为中心形成60°旋转对称分布的细槽，形成开路结构。在圆盘结上开槽可以降低圆盘结本征模的截止波数，显著降低圆盘结的半径，实现器件的小型化。同时，开槽处理可以改变圆盘结的阻抗，有利于整个器件获得良好的阻抗匹配，拓展工作带宽。与传统的双Y结微带铁氧体环行器相比，开槽后器件的平面尺寸可以降低到60%以下，工作带宽可以增加到1.8倍以上，适应了微带铁氧体环行器的小型化和大宽带发展要求。
图1是本发明所述一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器的结构示意图。
图2是本发明所述一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器的平面图。
图3是本发明所述一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器的散射参数与频率之间的关系。
图4是本发明所述一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器的驻波比与频率之间的关系。
下面结合附图和一种实施方式，对本发明作进一步的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此。
一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，如图1所示，包括圆柱体永磁1、金属接地层2、旋磁铁氧体基片3、双Y结电路4。所述金属接地层2和双Y结电路4分别位于旋磁铁氧体基片3的下表面和上表面的中心位置处。所述圆柱体永磁1置于金属接地层2和旋磁铁氧体基片3的下方，并且与双Y结电路4同心。所述双Y结电路4由圆盘结5、三个由四分之一波长微带线6和五十欧姆微带线7构成的互成120°夹角的大Y臂电路、三个相同尺寸的微带线8构成的互成120°夹角的小Y臂电路及在大Y臂和小Y臂的夹角中央开的六个相同互成60°夹角的细槽9所构成，大Y臂电路与小Y臂电路及细槽之间的夹角分别为60°和30°。
所述旋磁铁氧体基片3的饱和磁化强度为1200 Gs，相对介电常数为14，损耗角正切为2×10-4，铁磁共振线宽为50 Oe，其长度、宽度、高度分别为22.2、19.4、1.8 mm。
所述圆盘结5的半径为3.0 mm，四分之一波长微带线6的长度、宽度为3.5 mm、2.0 mm，五十欧姆微带线7的长度、宽度为4.4 mm、0.8 mm，微带线8的长度、宽度为1.2 mm、1.4 mm，细槽9的长度、宽度为2.0 mm、0.6 mm。
所述各部分的尺寸和材料的性能参数通过导纳斜率法进行计算获得初值，然后采用三维电磁仿真软件HFSS建立器件模型并进行仿真实验，经过参数优化后获得最终值。该环行器采用目前已经非常成熟的微带工艺技术进行制作。器件的频率特性采用Agilent公司的E5071B型矢量网络分析仪进行测试，并对外加偏置磁场进行调试。器件的散射参数和驻波比分别如图3和如图4所示，器件的工作中心频率为4.2 GHz，带宽达到1.5 GHz，在3.45～4.95 GHz范围内，驻波比小于1.25，插入损耗小于0.4 dB，隔离度高于20 dB。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明。改变细槽9的尺寸，可以调整圆盘结5的阻抗，同时通过调整大Y臂电路和小Y臂电路的尺寸和阻抗，同样能获得大带宽和小型化的双Y结微带铁氧体环行器。在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多种类似的实施方式，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，包括：圆柱体永磁1、金属接地层2、旋磁铁氧体基片3、双Y结电路4；双Y结电路4由圆盘结5、三个由四分之一波长微带线6和五十欧姆微带线7构成的大Y臂电路、三个相同尺寸的微带线8构成的小Y臂电路、在大Y臂和小Y臂的夹角中央开的六个相同细槽9所构成。
2.根据权利要求1所述的一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，其特征在于，所述六个细槽9以圆盘结5的圆心为中心形成旋转对称分布，细槽之间的夹角为60°，细槽与大Y臂电路和小Y臂电路之间的夹角都为30°，细槽的长度小于圆盘结5的半径。
3.根据权利要求1所述的一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，其特征在于，所述细槽9的尺寸对器件的谐振频率影响显著，可以通过改变细槽9的尺寸，同时调整大Y臂电路和小Y臂电路的尺寸和阻抗，调节器件的谐振频率2。
4.根据权利要求1所述的一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，其特征在于，所述细槽9的尺寸对器件的隔离度、损耗、驻波比影响显著，可以通过改变细槽9的尺寸，同时调整大Y臂电路和小Y臂电路的尺寸和阻抗，调整器件的隔离度、损耗、驻波比。
5.根据权利要求1所述的一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，其特征在于，所述细槽9形成了开路结构，可以降低圆盘结5的本征模截止波数，显著降低圆盘结5的半径，通过改变细槽9的尺寸，同时调整大Y臂电路和小Y臂电路的尺寸和阻抗，可以实现器件的小型化。
6.根据权利要求1所述的一种对称开槽双Y结微带铁氧体环行器，其特征在于，所述圆盘结5的阻抗可以通过改变细槽9的尺寸进行调整，同时通过调整大Y臂电路和小Y臂电路的尺寸和阻抗，获得优良的阻抗匹配，进一步拓展器件的工作带宽。
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