CN105356015A - 一种用于x波段的铁氧体移相器 - Google Patents

一种用于x波段的铁氧体移相器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及移相器领域，公开了一种用于X波段的铁氧体移相器。所述铁氧体移相器包括：依次连接的第一传输波导、微波分配段、至少一个波导移相单元、微波聚集段和第二传输波导，以及连接在所述至少一个波导移相单元两端的驱动器。本发明通过对高功率微波进行分配，并对所分配的微波分别进行移相，解决了X波段的高功率微波的移相问题。

Description

一种用于X波段的铁氧体移相器
技术领域
本发明涉及移相器领域，具体地，涉及一种用于X波段的铁氧体移相器。
背景技术
当前的各类电控式移相器，包括铁氧体移相器、铁电介质移相器、半导体移相器以及MEMS移相器等。所述的各类电控式移相器的X波段峰值功率容量基本都在kW量级以下，无法满足X波段的高功率微波的应用，从而也就无法解决X波段的高功率微波的移相问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于X波段的铁氧体移相器。所述铁氧体移相器通过对高功率微波进行分配，并对所分配的微波分别进行移相，解决了X波段的高功率微波的移相问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于X波段的铁氧体移相器。所述铁氧体移相器包括：依次连接的第一传输波导、微波分配段、至少一个波导移相单元、微波聚集段和第二传输波导，以及连接在所述至少一个波导移相单元两端的驱动器；所述微波分配段，用于将所述第一传输波导引导的微波分配至所述至少一个波导移相单元；所述驱动器，用于通过控制输入所述至少一个波导移相单元的脉冲电流改变所述至少一个波导移相单元内的铁氧体的磁化状态；所述至少一个波导移相单元，分别用于根据所述铁氧体的磁化状态对所述微波分配段分配的微波进行移相；所述微波聚集段，用于聚集所述至少一个波导移相单元进行移相后的微波，并通过所述第二传输波导输出移相后的微波。
优选地，每一个波导移相单元包括单模波导、至少一个铁氧体磁环、加载介质片以及激励线，其中，所述至少一个铁氧体磁环插入所述单模波导，所述激励线穿入所述至少一个铁氧体磁环，且所述至少一个铁氧体磁环之间插入有加载介质片。
优选地，每一个波导移相单元还包括陶瓷片，所述陶瓷片设置于所述至少一个铁氧体磁环的两端。
优选地，所述至少一个铁氧体磁环的个数为两个，两个铁氧体磁环以预设间距插入所述单模波导，且所述两个铁氧体磁环之间插入有加载介质片。
优选地，所述至少一个波导移相单元中的激励线并联连接。
优选地，所述至少一个波导移相单元中并联连接的激励线与所述驱动器形成闭合回路。
优选地，所述铁氧体移相器还包括：金属部件，用于使得所述至少一个波导移相单元以并联的排列方式分别与所述微波分配段和微波聚集段连接。
优选地，所述铁氧体移相器还包括：过模波导，与所述微波分配段和微波聚集段连接，所述过模波导容纳有所述金属部件与所述至少一个波导移相单元。
优选地，所述第一传输波导和所述第二传输波导均为BJ84波导。
优选地，所述至少一个铁氧体磁环由石榴石材料制成。
通过上述技术方案，对引入铁氧体移相器的微波进行分配，并对所分配的微波分别进行移相，解决了X波段的高功率微波的移相问题。
附图说明
图1是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的俯视剖面图；
图2是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的左视剖面图；
图3是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的前视剖面图；
图4是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的具体实施方式的反射系数仿真图；
图5是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的具体实施方式的饱和差相移仿真图。
附图标记说明
1微波分配段2波导移相单元3微波聚集段
4第一传输波导5第二传输波导6过模波导
7金属部件8双矩形铁氧体磁环9陶瓷片
10激励线11单模波导12加载介质片
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
当前的各类电控式移相器的X波段峰值功率容量基本都在kW量级以下，无法满足X波段的高功率微波的应用，从而也就无法解决X波段的高功率微波的移相问题。因此，本发明特提供一种用于X波段的高功率铁氧体移相器。
图1是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的俯视剖面图。图2是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的左视剖面图，也即是图1中所示的铁氧体移相器的A-A处的剖视图。如图1和图2所示，本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器包括：依次连接的第一传输波导4、微波分配段1、至少一个波导移相单元2、微波聚集段3和第二传输波导5，以及连接在所述至少一个波导移相单元两端的驱动器；所述微波分配段1，用于将所述第一传输波导引导的微波分配至所述至少一个波导移相单元；所述驱动器，用于通过控制输入所述至少一个波导移相单元的脉冲电流改变所述至少一个波导移相单元内的铁氧体的磁化状态；所述至少一个波导移相单元2，分别用于根据所述铁氧体的磁化状态对所述微波分配段分配的微波进行移相；所述微波聚集段3，用于聚集所述至少一个波导移相单元进行移相后的微波，并通过所述第二传输波导输出移相后的微波。藉此，能够对X波段的高功率微波进行均匀分配，并对所分配的微波分别进行移相，解决了X波段的高功率微波的移相问题。
在具体的实施方式中，所述第一传输波导4和所述第二传输波导5均为BJ84波导。
图3是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的前视剖面图。如图2和图3所示，可选择地，每一个波导移相单元2包括单模波导11、至少一个铁氧体磁环、加载介质片以及激励线10，其中，所述至少一个铁氧体磁环插入所述单模波导11，所述激励线10穿入所述至少一个铁氧体磁环，且所述至少一个铁氧体磁环之间插入有加载介质片。在具体的实施方式中，所述至少一个铁氧体磁环的个数为两个，两个铁氧体磁环以预设间距插入所述单模波导，且所述两个铁氧体磁环之间插入有加载介质片，也即是图1和图2中所示的双矩形铁氧体磁环8，双矩形铁氧体磁环8插入单模波导11，且双矩形铁氧体磁环8之间插入有加载介质片12。藉此，能够降低铁氧体磁环和激励线处的场强，以使得当高功率微波输入铁氧体移相器时保证单模波导不发生高峰值功率击穿，并克服铁氧体磁环的非线性效应。
如图3所示，优选地，每一个波导移相单元2还包括陶瓷片9，所述陶瓷片9设置于所述至少一个铁氧体磁环的两端。藉此，保证微波分配段1分配的微波与至少一个铁氧体磁环良好匹配，降低反射损耗。
在具体的实施方式中，所述至少一个波导移相单元2中的激励线10并联连接，并且所述至少一个波导移相单元2中并联连接的激励线与所述驱动器形成闭合回路。如图1、图2和图3所示，优选地，所述铁氧体移相器还包括：金属部件7，用于使得所述至少一个波导移相单元以并联的排列方式分别与所述微波分配段和微波聚集段连接。藉此，至少一个波导移相单元以并联的排列方式分别与微波分配段和微波聚集段连接。
如图1、图2和图3所示，在具体的实施方式中，所述铁氧体移相器还包括：过模波导6，与所述微波分配段1和微波聚集段3连接，所述过模波导6容纳有所述金属部件7与所述至少一个波导移相单元2。藉此，通过采用过模波导可降低单模波导内部的场强，提高铁氧体移相器的功率容量。
需要说明的是，虽然采用过模波导6可降低单模波导内部的场强及提高铁氧体移相器的功率容量，但是采用过模波导6会产生高次模，导致主模能量衰减，引起过模波导6性能的恶化。优选地，使用过模波导6所产生的副作用可利用被过模波导所容纳的金属部件7构成至少一个单模波导11来进行消除。金属部件7将过模波导6内部分配成至少一个单模波导11，可抑制高次模，提高器件的功率容量。
优选地，所述至少一个铁氧体磁环由石榴石材料制成。选取低饱和磁化强度——4πMs＝1100Gs的石榴石材料，藉此，可提高每个波导移相单元的峰值功率容量。
在具体的实施方式中，微波分配段1位于BJ84波导与并联连接的至少一个的波导移相单元之间，将BJ84波导均匀过渡到过模波导6后，在过模波导6中间插入金属部件7，将过模波导6分成多路并联的单模波导结构。由微波分配段1将BJ84波导分为多路并联的单模波导结构后，通过多个并联的波导移相单元2，将所分配的微波分别实现移相，从而提高铁氧体移相器的功率容量。在具体的实施方式中，本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器工作于X波段，TE10模经BJ84波导5进入铁氧体移相器，功率分配段1采取均匀渐变的方式，将BJ84波导5截面过渡到六路(横向两路、纵向三路)的单模波导11截面，将输入的TE10模分配成六路TE10模，分别在单模波导11中传输。六路并联的波导移相单元2位于微波分配段1与微波聚集段3之间，每一个波导移相单元2在单模波导11中插入双矩形铁氧体磁环8，且双矩形铁氧体磁环8之间插入有加载介质片12，在矩形铁氧体磁环8两端加入用于匹配的陶瓷片9，在矩形铁氧体磁环8中间穿入有激励线10。
在工作状态下，激励线10连接驱动器，并联的6个波导移相单元通过激励线10与驱动器形成闭合回路，驱动器向激励线10中通入脉冲电流。脉冲电流在双矩形铁氧体磁环8中产生横向磁化场。驱动器采取通量式驱动方式，先通入反向脉冲电流将双矩形铁氧体磁环8复位至负向饱和状态，再通入不同长度的正向脉冲电流将双矩形铁氧体磁环8置位于正负饱和态之间的任意状态。当微波通过波导移相单元2时，处于不同磁化状态下的双矩形铁氧体磁环具有不同的磁导率，也就是两种不同极性的电流脉冲在双矩形铁氧体磁环内对应有两个不同的相移量。双矩形铁氧体磁环产生的差相移为这两个相移量之差。由于采用双矩形铁氧体磁环8，且双矩形铁氧体磁环8之间插入有高介电常数的加载介质片12，可降低双矩形铁氧体磁环以及激励线处场强，从而防止发生电场击穿及非线性。单个移相单元峰值功率容量可达200kW。
通过采用功率分配段1，可将高功率的微波分成六路，减小每一路波导移相单元2所承受的峰值功率，该铁氧体移相器的功率容量可达1MW。如图1和图3所示，六路并联的波导移相单元2末端连接微波聚集段3，微波聚集段3将六路单模波导11截面均匀过渡至BJ84波导5截面，经BJ84波导5输出移相后的微波。
其中，驱动器由其中的电容放电提供大脉冲电流，并由其中的MOS功率管实现电路的开关控制。驱动器通过控制脉冲电流的长度和极性，能够使得双矩形铁氧体磁环工作于不同的磁化状态。驱动器对多路并联的波导移相单元2同时进行控制，能够缩短相位转换的时间及降低电路的复杂度。
图4是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的具体实施方式的反射系数仿真图。如图4所示，在9.0GHz到9.6GHz频率范围内，本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的反射系数均小于-20dB。图5是本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器的具体实施方式的饱和差相移仿真图。如图5所示，通过激励线10向双矩形铁氧体磁环8加入正向饱和脉冲电流，可实现饱和差相移。在9.3GHz频率上，饱和差相移达390°，通过驱动器20改变脉冲电流的大小，能够实现0～360°移相。
本发明提供的用于X波段的铁氧体移相器针对高功率微波的电控移相应用，具备铁氧体移相器插入损耗小，相移精度高，相位转换时间短的优点，同时采用简单紧凑的结构可实现高功率容量，并易于实现。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述铁氧体移相器包括：依次连接的第一传输波导、微波分配段、至少一个波导移相单元、微波聚集段和第二传输波导，以及连接在所述至少一个波导移相单元两端的驱动器；
所述微波分配段，用于将所述第一传输波导引导的微波分配至所述至少一个波导移相单元；
所述驱动器，用于通过控制输入所述至少一个波导移相单元的脉冲电流改变所述至少一个波导移相单元内的铁氧体的磁化状态；
所述至少一个波导移相单元，分别用于根据所述铁氧体的磁化状态对所述微波分配段分配的微波进行移相；
所述微波聚集段，用于聚集所述至少一个波导移相单元进行移相后的微波，并通过所述第二传输波导输出移相后的微波。
2.根据权利要求1所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，每一个波导移相单元包括单模波导、至少一个铁氧体磁环、加载介质片以及激励线，
其中，所述至少一个铁氧体磁环插入所述单模波导，所述激励线穿入所述至少一个铁氧体磁环，且所述至少一个铁氧体磁环之间插入有加载介质片。
3.根据权利要求2所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，每一个波导移相单元还包括陶瓷片，
所述陶瓷片设置于所述至少一个铁氧体磁环的两端。
4.根据权利要求2或3所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述至少一个铁氧体磁环的个数为两个，两个铁氧体磁环以预设间距插入所述单模波导，且所述两个铁氧体磁环之间插入有加载介质片。
5.根据权利要求2所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述至少一个波导移相单元中的激励线并联连接。
6.根据权利要求5所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述至少一个波导移相单元中并联连接的激励线与所述驱动器形成闭合回路。
7.根据权利要求5所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述铁氧体移相器还包括：
金属部件，用于使得所述至少一个波导移相单元以并联的排列方式分别与所述微波分配段和微波聚集段连接。
8.根据权利要求7所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述铁氧体移相器还包括：
过模波导，与所述微波分配段和微波聚集段连接，所述过模波导容纳有所述金属部件与所述至少一个波导移相单元。
9.根据权利要求1所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述第一传输波导和所述第二传输波导均为BJ84波导。
10.根据权利要求2所述的用于X波段的铁氧体移相器，其特征在于，所述至少一个铁氧体磁环由石榴石材料制成。
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