CN103490130A - 一种波导结环行器及其匹配块的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种波导结环形器，其包括铁氧体、匹配块、磁场源和围成波导腔体的波导壁；匹配块固定于波导腔体内波导壁上，铁氧体固定于匹配块上，且匹配块、铁氧体皆与波导腔体中心重合；磁场源位于波导壁外、与铁氧体相对应的位置，以向铁氧体提供磁场；波导结环形器包括3个端口，匹配块为采用金属制成的板状，其包括与上述各端口分别对应的3个匹配端；相邻两个匹配端之间的夹角为120度；且相邻两个匹配端之间的连接面为凹弧形面。本发明还公开了匹配块的制作方法。本发明的匹配块可根据需要调整尺寸，使其在不同波导口径以及相同波导口径不同频率的情况下，获得最佳的匹配性能。
Description
技术领域
本发明涉及波导型器件技术领域，特别是一种波导结环行器，其具有较佳的匹配性能。
背景技术
在现有的波导结环形器中，环形器中心放置铁氧体，与波导端口的阻抗相差依旧比较大，而采用金属块来实现阻抗匹配是环形器的关键技术。对于波导结环行器和隔离器，其匹配块的形状在很大程度上影响环形器的带宽、端口驻波等重要参数。波导结环形器的外形通常有Y形和T形，如附图1所示，匹配块的中心一般与波导的中心重合，匹配块和波导紧密相连，波导的中心放置铁氧体，相对应的波导外侧放置提供磁场的物体，如恒磁体，以实现环形的特点。匹配块的形状研究是核心技术之一，要保证微波器件的性能，就需要对匹配块的尺寸、铁氧体的尺寸进行调整和试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种波导结环形器，其匹配块形状能够在不同波导口径以及相同波导口径不同频率的情况下，获得最佳的匹配性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种波导结环形器，包括铁氧体、匹配块、磁场源和围成波导腔体的波导壁；
匹配块固定于腔体内波导壁上，铁氧体固定于匹配块上，且匹配块、铁氧体皆与波导腔体的中心重合；磁场源位于波导壁外、与铁氧体相对应的位置，以向铁氧体提供磁场；
波导结环形器包括3个端口，匹配块为采用金属制成的板状，其包括与上述各端口分别对应的3个匹配端；相邻两个匹配端之间的夹角为120度；且相邻两个匹配端之间的连接面为凹弧形面。
本发明中，匹配块的数量可为1个或多个，多个匹配块可叠加放置并固定。匹配块可通过焊接或者螺钉固定于波导壁内壁上，或者在金属块上通过铣床等机械加工波导腔时保留在波导内壁上。匹配块的数量、高度等尺寸大小，可根据环形器的具体技术要求，如波导口径的尺寸及工作带宽等，进行相应的调试；所需频率越高，则匹配块的尺寸越小。
具体的，本发明所述匹配块采用铜或铝制成。所述磁场源为永磁铁或通电的螺旋线圈，在外磁场的作用下，微波信号在铁氧体处实现环向传输。
进一步的，本发明中匹配块的制作方法包括以下步骤：
（1）取一金属板，将金属板切割成正三角形；
（2）分别对正三角形金属板的3个角进行切割，切掉3个相同形状大小的三角形；切角后留下的边与原角所对的边相互平行；
（3）对金属板上相邻切角之间的部分进行切割，切掉3个相同形状大小的月牙形，使得相邻切角之间的连接面为凹弧形面，即得到匹配块。
本发明的有益效果为：波导环形器内具有的匹配块使其在不同波导口径以及相同波导口径不同频率的情况下，皆能够获得最佳的匹配性能。且本发明中匹配块可在环形器加工时，一体化固定于波导壁上；匹配块的数量以及尺寸皆可根据应用需要进行调整。
附图说明
图1所示为现有波导结环形器的外形结构示意图；
图2所示为本方明波导结环形器的结构示意图；
图3所示为图2的俯视图；
图4所示为本发明匹配块的制作方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
如图1所示，现有的波导结环形器内腔一般有T型1a和Y形1b。
本发明的波导结环形器参见图2，从波导结环形器的端口向波导腔体内看，波导结环行器其包括铁氧体1、匹配块2、磁场源3和围成波导腔体的波导壁；匹配块2固定于腔体内波导壁上，铁氧体1固定于匹配块上，且匹配块2、铁氧体1及波导腔体三者的中心重合；磁场源3位于波导壁外、与铁氧体1相对应的位置，以向铁氧体1提供磁场；磁场源3为永磁铁或通电的螺旋线圈，在外磁场的作用下，微波信号在铁氧体处实现环向传输。
结合图 2和图3，本发明可应用于T型以及Y型波导结环形器，图3中，3a为本发明的T型波导结环形器，3b为本发明的Y型波导结环形器。波导结环形器具有3个端口，匹配块2为采用铜或铝等金属制成的板状，其包括与环形器各端口分别对应的3个匹配端；相邻两个匹配端之间的夹角为120度；且相邻两个匹配端之间的连接面为凹弧形面。
本发明中，匹配块的数量可为1个或多个，多个匹配块可叠加放置并固定。匹配块可通过焊接或者螺钉固定于波导壁内壁上。匹配块的数量、高度、凹弧形面的曲率等尺寸大小，可根据环形器的具体技术要求，如波导口径的尺寸及工作带宽等，进行相应的调试；所需频率越高，则匹配块的尺寸越小。
如图4所示，本发明中匹配块的制作方法包括以下步骤：
（1）取一金属板，将金属板切割成正三角形；
（2）分别对正三角形金属板的3个角进行切割，切掉3个相同形状大小的三角形；切角后留下的边与原角所对的边相互平行；
（3）对金属板上相邻切角之间的部分进行切割，切掉3个相同形状大小的月牙形，使得相邻切角之间的连接面为凹弧形面，即得到匹配块。
实施例
本例以一个波导口径为28.5×12.6mm（大三厘米波导），频率为7~8.5 GHz 的波导结环形器进行说明。如图2所示，其波导腔内包括两个匹配块以及两个铁氧体，波导壁外两侧分别放置有一个永磁体作为磁场源，形成环形器。
其中两个匹配块的加工尺寸为：切割金属板成边长50mm的正三角形，切掉的三个边长为17mm等边三角形三个角，凹弧形面的曲率为：0.08569（圆弧的半径为11.67mm），厚度为：2.5mm。
铁氧体的磁矩为：1900Gs，直径为：8.6mm，高3.1mm。
与现有技术中常见的三角形匹配块相较：其它条件不变，采用边长为31mm的三角形的匹配块，在7.3-8GHz的频率范围内，三个端口的驻波大于20dB，波形为单峰形状，驻波最大数值约在30dB左右；而采用本专利结构形式的匹配块，在7-8.4GHz的频率范围内，三个端口的驻波大于23dB，波形为双峰形状，驻波最大数值约在35dB左右，带宽明显增加。
圆形匹配块与本发明相比较：其它条件不变，采用半径为14mm的圆形匹配块，在7.3-8GHz的频率范围内，三个端口的驻波大于18dB，波形为单峰形状，驻波最大数值约在23dB左右，显然带宽比较窄。
本例的波导环形器在能够获得最佳的匹配性能，且匹配块可在环形器加工时，一体化固定于波导壁上；匹配块的数量以及尺寸皆可根据应用需要进行调整。
Claims (4)
1.一种波导结环形器，其特征是，包括铁氧体、匹配块、磁场源和围成波导腔体的波导壁；
匹配块固定于波导腔体内波导壁上，铁氧体固定于匹配块上，且匹配块、铁氧体皆与波导腔体中心重合；磁场源位于波导壁外、与铁氧体相对应的位置，以向铁氧体提供磁场；
波导结环形器包括3个端口，匹配块为采用金属制成的板状，其包括与上述各端口分别对应的3个匹配端；相邻两个匹配端之间的夹角为120度；且相邻两个匹配端之间的连接面为凹弧形面。
2.据权利要求1所述的波导结环形器，其特征是，所述匹配块采用铜或铝制成。
3.根据权利要求1所述的波导结环形器，其特征是，所述磁场源为永磁铁或通电的螺旋线圈。
4.一种权利要求1至3任一项中所述波导结环行器中匹配块的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）取一金属板，将金属板切割成正三角形；
（2）分别对正三角形金属板的3个角进行切割，切掉3个相同形状大小的三角形；切角后留下的边与原角所对的边相互平行；
（3）对金属板上相邻切角之间的部分进行切割，切掉3个相同形状大小的月牙形，使得相邻切角之间的连接面为凹弧形面，即得到匹配块。
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