CN107516754A - 双通道微带环行器组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双通道微带环行器组件，包括软磁合金底板、铁氧体基片，铁氧体基片下表面具有金属接地层，铁氧体基片上表面具有微带直通线电路和结环行微带电路，提供偏置磁场的永磁体位于结环行微带电路几何中心的上方，永磁体与结环行微带电路之间设有介质基片，永磁体与结环行微带电路通过介质基片实现电隔离；该双通道微带环行器组件不仅达到了能同时使用两个天线的目的，而且在保证原有的微带环行器的尺寸不变的情况下，将一个环行器和微带直通线集成在了同一块铁氧体基片上，结构简单、性能稳定，满足了微带铁氧体器件小型化和高集成化的应用需求。

Description

双通道微带环行器组件

技术领域

本发明属于磁性材料和器件技术领域，涉及微带环行器，具体是一种双通道微带环行器组件。

背景技术

微带环行器作为一种广泛应用于航空航天电子、通讯系统及侦查对抗领域的重要器件，目前在雷达、电子战、导航和制导、通讯基站中大量使用。而随着近几年微波技术的不断发展，新的设计理念和先进的工艺技术促进微波系统飞速发展，微波系统的集成要求微带环行器及其构成的组件集成度更高、尺寸更小、集成的功能更多。

微带环行器主要应用于相控阵雷达中的T/R(接收/发射)模块中，在其他微波通讯中也得到广泛的应用。而相控阵雷达是由数量众多的接收/发射(T/R)模块组成的。通常，在接收与发射模块中，信号通过微带环行这1个通道进行有序传输，其3个端口分别连接在发射、接收和共用天线上，信号的接收与发射共用1个天线。

如图1所示是一种单结微带环行器的结构示意图，它包括软磁合金底板，位于软磁合金底板上方的铁氧体基片，铁氧体基片下表面具有金属接地层，上表面具有结环行电路，提供偏置磁场的永磁体与结环行微带电路之间通过介质基片实现电隔离。

但在T/R模块中天线采用双极化设计，信号传输需要有2个不同通道，即一路信号通过微带环行器、那么另一路信号则经由微带直通线传输。

如图2所示，现有一种电路的设计是在环行器的旁边布置一条微带直通传输线9作为信号传输通道，微带传输线以介质材料陶瓷板或者PCB板作为基板10，这样的设计能够达到2个传输通道的目的，但相控阵雷达中的T/R数量多、尺寸小、宽度窄，在环行器旁边没有足够的空间单独增加布置一个通道，所以这样的设计不利于微波系统的模块化、集成化。

通常，微带环行器在系统中起着信号的单向传输、级间隔离的作用，而如果将一条微带直通线与微带环行器同时集成在铁氧体基片上，这样可以使器件在传输一组信号的同时传输另一组信号，由于集成度提高，器件可以更加小型化。可以看到，铁氧体材料不仅具有优异的旋磁特性，还具有良好的微波介电特性。并且，从微带环行器组件的仿真结果可以得到，当微带直通线距离偏置磁场一定尺寸时，对信号的传输影响不大，因此将主要依靠材料旋磁特性的微带环行器和只依靠材料的介电特性的微带直通线集成在铁氧体材料上是具有可行性的。

但这样的设计的难点在于：

第一、在现有环行器组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、由于微带环行器的微带电路已经最大限度的利用铁氧体基片表面的电路布置空间，我们需要将环行电路进行一定程度的压缩，才能将微带直通传输线布置在铁氧体基片上。

第三、当微带直通传输线与环行器电路隔得越近，他们之间的耦合作用必然越大，这种耦合作用对两个电路的影响是有益的还是有害的需要通过仿真计算进行分析。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双通道微带环行器组件。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种双通道微带环行器组件，包括软磁合金底板，位于软磁合金地板上方的铁氧体基片，铁氧体基片下表面具有金属接地层，铁氧体基片上表面具有微带直通线电路和结环行微带电路，提供偏置磁场的永磁体位于结环行微带电路几何中心的上方，永磁体与结环行微带电路之间设有介质基片，永磁体与结环行微带电路通过介质基片实现电隔离。

作为优选方式，微带直通线电路和结环行微带电路之间的最短距离为0.2mm。这是仿真得到的结果，超出这个范围器件性能变差。

作为优选方式，永磁体上方设有磁屏蔽罩，磁屏蔽罩的最小罩内水平尺寸大于永磁体的直径小于铁氧体基片的边长。

作为优选方式，磁屏蔽罩由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩与软磁合金底板完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。此罩体结构能有效的屏蔽磁场，并保证罩体内部形成一个在磁屏蔽罩、软磁合金底板和永磁体之间的闭合磁回路，起到全磁屏蔽的作用。

作为优选方式，磁屏蔽罩的折弯边缘底部不与铁氧体基片相接触而是留有间隙。

作为优选方式，磁屏蔽罩的折弯边缘底部与铁氧体基片的间隙为0.1mm～1mm。这是仿真得到的结果，超出这个范围器件性能变差。

作为优选方式，所述结环行微带电路是圆形Y结环形微带电路、三角形Y结环形微带电路、六角形Y结环形微带电路、鱼刺型Y结环形微带电路中的一种。

以15～17GHz频段为例，已实现了一种双通道微带环行器组件的仿真设计，如图6为该双通道微带环行器组件仿真结构图，其具有以下特点：

第一、在现有环行器组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、为了留出布置微带直通线的空间，我们将三端传输端口呈“T”型微带环行电路改为呈“Y”型，将相互对称的两个端口设置得尽量靠近，并使整个微带环行电路向铁氧体基片一侧偏移，使另一侧有空间布置微带直通线。

第三、设置微带直通线离结环行微带电路足够近，但为了避免两者靠得太近而产生有害的耦合作用，必须通过仿真分析，使两者的距离达到最优。此外，尽量减小微带线与铁氧体基片边缘的距离。

如图7和图8所示，通过对该双通道微带环行器组件进行仿真分析，得出在15～17G频段内的环行电路三端口驻波曲线11、微带直通线的两端口驻波曲线12、环行隔离电路插入损耗曲线13、微带直通线的插入损耗曲线14、环行电路反向损耗曲线15的仿真示意图，通过图形分析可得：

该双通道环行器组件中的环行器在15～17GHz频段内三端口驻波小于1.25，插入损耗小于0.5dB，反向损耗大于20dB，与现有技术中单独的微带环行器的性能相比，性能相仿。而该双通道环行器组件中的微带直通线在15～17GHz频段内两端口驻波小于1.15，插入损耗小于0.5dB，性能优异。

本发明的有益效果为：该双通道微带环行器组件不仅达到了能同时使用两个天线的目的，而且在保证原有的微带环行器的尺寸不变的情况下，将一个环行器和微带直通线集成在了同一块铁氧体基片上，结构简单、性能稳定，满足了微带铁氧体器件小型化和高集成化的应用需求。

附图说明

图1是一种单结微带环行器的结构示意图；

图2是在环行器组件的旁边布置一条微带直通传输线作为信号传输通道的结构示意图；

图3是本发明的双通道微带环行器组件的结构示意图；

图4是本发明带屏蔽罩的双通道微带环行器组件的组装过程示意图。

图5是本发明带屏蔽罩的双通道微带环行器组件的整体结构示意图。

图6是本发明实施例1的仿真结构图。

图7是本发明实施例1的仿真驻波曲线图。

图8是本发明实施例1的仿真损耗曲线图。

其中，1为铁氧体基片，2为软磁合金底板，3为永磁体，4为介质基片，5为微带直通线电路，6为结环行微带电路，7为磁屏蔽罩，9为微带直通传输线，10为基板，11为环行电路三端口驻波曲线、12为微带直通线的两端口驻波曲线、13为环行隔离电路插入损耗曲线、14为微带直通线的插入损耗曲线、15为环行电路反向损耗曲线。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图3所示，一种双通道微带环行器组件，包括软磁合金底板2，位于软磁合金地板2上方的铁氧体基片1，铁氧体基片1下表面具有金属接地层，铁氧体基片1上表面具有微带直通线电路5和结环行微带电路6，提供偏置磁场的永磁体3位于结环行微带电路6几何中心的上方，永磁体3与结环行微带电路6之间设有介质基片4，永磁体3与结环行微带电路6通过介质基片4实现电隔离。

微带直通线电路5和结环行微带电路6之间的最短距离为0.2mm。

所述结环行微带电路6是圆形Y结环形微带电路、三角形Y结环形微带电路、六角形Y结环形微带电路、鱼刺型Y结环形微带电路中的一种。

如图6为该双通道微带环行器组件仿真结构图，其具有以下特点：

第一、在现有环行器组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、为了留出布置微带直通线的空间，我们将三端传输端口呈“T”型微带环行电路改为呈“Y”型，将相互对称的两个端口设置得尽量靠近，并使整个微带环行电路向铁氧体基片一侧偏移，使另一侧有空间布置微带直通线。

第三、设置微带直通线离结环行微带电路足够近，但为了避免两者靠得太近而产生有害的耦合作用，必须通过仿真分析，使两者的距离达到最优。此外，尽量减小微带线与铁氧体基片边缘的距离。

如图7和图8所示，通过对该双通道微带环行器组件进行仿真分析，得出在15～17GHz频段内的环行电路三端口驻波曲线11、微带直通线的两端口驻波曲线12、环行隔离电路插入损耗曲线13、微带直通线的插入损耗曲线14、环行电路反向损耗曲线15的仿真示意图，通过图形分析可得：

该双通道环行器组件中的环行器在15～17GHz频段内三端口驻波小于1.25，插入损耗小于0.5dB，反向损耗大于20dB，与现有技术中单独的微带环行器的性能相比，性能相仿。而该双通道环行器组件中的微带直通线在15～17GHz频段内两端口驻波小于1.15，插入损耗小于0.5dB，性能优异。

综上所述，该双通道微带环行器组件不仅能实现使用两个天线同时传输两组信号的目的，还能使两个电路各自发挥出最佳性能。且更有意义的是，该双通道微带环行器组件相比于原有的微带环行器尺寸没有变化，但增加的一组通道使该组件功能增加了，实现了微波技术发展中对微波器件的多功能化、小型化和集成化的要求。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例和实施例1基本相同，差别在于：永磁体3上方设有磁屏蔽罩7，磁屏蔽罩7的最小罩内水平尺寸大于永磁体3的直径小于铁氧体基片1的边长。

磁屏蔽罩7由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板2没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩7与软磁合金底板2完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。此罩体结构能有效的屏蔽磁场，并保证罩体内部形成一个在磁屏蔽罩7、软磁合金底板2和永磁体3之间的闭合磁回路，起到全磁屏蔽的作用。

磁屏蔽罩7的折弯边缘底部不与铁氧体基片1相接触而是留有间隙，间隙为0.1mm～1mm。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种双通道微带环行器组件，其特征在于：包括软磁合金底板(2)，位于软磁合金地板(2)上方的铁氧体基片(1)，铁氧体基片(1)下表面具有金属接地层，铁氧体基片(1)上表面具有微带直通线电路(5)和结环行微带电路(6)，提供偏置磁场的永磁体(3)位于结环行微带电路(6)几何中心的上方，永磁体(3)与结环行微带电路(6)之间设有介质基片(4)，永磁体(3)与结环行微带电路(6)通过介质基片(4)实现电隔离。

2.根据权利要求1所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：微带直通线电路(5)和结环行微带电路(6)之间的最短距离为0.2mm。

3.根据权利要求1所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：永磁体(3)上方设有磁屏蔽罩(7)，磁屏蔽罩(7)的最小罩内水平尺寸大于永磁体(3)的直径小于铁氧体基片(1)的边长。

4.根据权利要求1所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：磁屏蔽罩(7)由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板(2)没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩(7)与软磁合金底板(2)完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。

5.根据权利要求4所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：磁屏蔽罩(7)的折弯边缘底部不与铁氧体基片(1)相接触而是留有间隙。

6.根据权利要求5所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：磁屏蔽罩(7)的折弯边缘底部与铁氧体基片(1)的间隙为0.1mm～1mm。

7.根据权利要求1所述的双通道微带环行器组件，其特征在于：所述结环行微带电路(6)是圆形Y结环形微带电路、三角形Y结环形微带电路、六角形Y结环形微带电路、鱼刺型Y结环形微带电路中的一种。