CN105932387A - 一种基于siw的双结环行器 - Google Patents

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陈良
董师伶
汪晓光
邓龙江
梁迪飞
郑向闻
李丽华
梁新鹏
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    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38—Circulators
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Abstract

本发明涉及微波技术领域，提供一种基于SIW的双结环行器结构，用以克服现有SIW单结环行器隔离度差的缺陷；该双结环行器由两个结构相同的Y结中心铁氧体结通过结内共轭匹配构成的具有四个基片集成波导端口的中心结部分、以及每个基片集成波导端口用于连接外电路的微带匹配共同构成，所述微带匹配均为带圆弧倒角的微带匹配。该环行器是一种具有双铁氧体中心结的四端口结构，双铁氧体中心结通过结内共轭匹配大大提高环行器隔离性能，中心结与外电路的连接通过圆弧倒角的微带匹配进一步缩小了该环行器的体积。

Description

一种基于SIW的双结环行器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种基于SIW的双结环行器结构。
背景技术
基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术目前已被用于环行器的设计，与传统的带线环行器相比，SIW环行器具有体积小，易集成，功率容量大的优势。环行器作为微波系统中的非互易器件，在近代雷达、微波多路通信系统和电子对抗中起着越来越重要的作用，如在雷达中做天线收发转换开关，分离输入与输出信号。随着电子技术的高速发展，不仅要求环行器的体积小、集成度高，而且对环行器具有高隔离性能的需求越来越迫切。
目前，现有SIW环行器均为单结环行器，基本结构如图1所示，该类环行器是在双面覆有金属层的介质基板上，通过SIW技术，打金属化通孔实现三个互成120°的基片集成波导结构4及与基板等高的中心铁氧体3构成的环行器Y结中心结部分；另外，中心结部分通过微带匹配5分别连接到外电路。该类SIW单结环行器具有体积小，集成度高的优势，但是隔离度不高，在收发端隔离度要求较高的需求下难以实现应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有SIW单结环行器隔离度差的缺陷，提出了一种基于SIW的双结环行器，该环行器是一种具有双铁氧体中心结的四端口结构，双铁氧体中心结通过结内共轭匹配大大提高环行器隔离性能，中心结与外电路的连接通过圆弧倒角的微带匹配进一步缩小了该环行器的体积。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种基于SIW的双结环行器，其特征在于，所述环行器由两个结构相同的Y结中心铁氧体结(基片集成波导端口互成120°)通过结内共轭匹配构成的具有四个基片集成波导端口的中心结部分、以及每个基片集成波导端口用于连接外电路的微带匹配共同构成，所述微带匹配均为带圆弧倒角的微带匹配。
进一步的，所述每个基片集成波导端口经过微带匹配后的特征阻抗均为50欧姆。
需要说明的是，本发明提供一种基于SIW的双结环行器，为双结四端口结构，该环行器采用双结的设计，提高环行器的环行性能的同时实现环行器高隔离度。
附图说明
图1为现有基于SIW的单结环行器结构俯视图；其中，1为介质基板、2为金属层、3为中心铁氧体、4为基片集成波导结构、5为微带匹配段。
图2为本发明实施例中基于SIW的双结环行器结构示意图；其中，6为中心铁氧体，7为微带圆弧倒角匹配段，a、b、c、d表示微带匹配后的4个端口。
图3为本发明实施例中基于SIW的双结环行器端口a的回波损耗图。
图4为本发明实施例中基于SIW的双结环行器端口a到端口b的隔离曲线图。
图5为本发明实施例中基于SIW的双结环行器端口a到端口c的隔离曲线图。
图6为本发明实施例中基于SIW的双结环行器端口d到端口a的隔离曲线图。
图7为本发明实施例中基于SIW的双结环行器端口a到端口d的插入损耗曲线图。
图8为本发明实施例中基于SIW的双结环行器的驻波比曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
本实施例中提供基于SIW的双结环行器，其结构如图2所示，器件体积尺寸为6mm*12mm*0.7mm，是一种基于SIW的具有双铁氧体中心结的四端口结构。
SIW的基本结构包括介质基板、以及分别位于介质基板上、下表面的金属层，通过金属化通孔实现基片集成波导结构；介质基板选用高频双面覆铜介质板RO3010，其相对介电常数εr＝10.2、损耗角正切tanδ＝0.0035、介质厚度为0.7mm，金属化通孔直径为0.3mm、通孔间距p＝0.5mm，两排金属化通孔间的间距w＝5.09mm；
介质基板内设置两个结构相同的中心铁氧体结，每个中心铁氧体结包含一个中心铁氧体和三个互成120°基片集成波导段，每个中心铁氧体结的其中一个基片集成波导段通过结内共轭匹配相连接，形成一个具有四个基片集成波导段的中心结部分。其中铁氧体材料的相对介电常数εrf＝13.85，中心频率f0＝14.7GHz，铁氧体的饱和磁化强度3570Gauss，计算得铁氧体半径为1.31mm；
中心铁氧体结部分与外电路的连接采用圆弧倒角的微带匹配，即根据阻抗渐变匹配原理，调节倒角半径来进行阻抗匹配，端口微带的宽度w2＝0.57mm，端口微带中心距为L＝8mm，中心铁氧体结处微带宽度为w3＝0.75mm，采用的圆弧倒角半径为1.45mm，从而实现环行器中心铁氧体结部分与50欧姆外电路的连接，形成一个具有四个端口的环行器。
利用电磁仿真软件Ansoft HFSS对上述SIW的双结环行器进行仿真，其结果如图3至图8所示，从图中可以看到，本实施例提供SIW的双结环行器工作频带为14GHz～15.5GHz，其中在14.14GHz～15.5GHz内端口a反射损耗小于20dB，端口a到端口b、端口c的隔离均小于20dB，端口d到端口a的隔离度小于27.7dB，端口a到端口d的插损小于0.9dB，驻波比小于1.19；相对带宽达到90.67％。综上，本发明提供SIW的双结环行器大大提高环行器端口间隔离度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种基于SIW的双结环行器，其特征在于，所述环行器由两个结构相同的Y结中心铁氧体结通过结内共轭匹配构成的具有四个基片集成波导端口的中心结部分、以及每个基片集成波导端口用于连接外电路的微带匹配共同构成，所述微带匹配均为带圆弧倒角的微带匹配。
2.按权利要求1所述基于SIW的双结环行器，其特征在于，所述每个基片集成波导端口经过微带匹配后的特征阻抗均为50欧姆。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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