CN108306084B - 三孔接地小型化准siw环行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三孔接地小型化准SIW环行器，属于微波元器件领域，包括硅基腔体（1）、旋磁基片（2）、永磁体（3）、接地通孔（5）、盖板（6）和环行器底板（7），其中，所述旋磁基片（2）嵌于硅基腔体（1）内，所述环行器底板（7）位于硅基腔体（1）底部，盖板（6）位于硅基腔体（1）正上方，所述永磁体（3）位于盖板（6）上方，所述接地通孔（5）在硅基腔体（1）上对称分布，所述硅基腔体（1）表面设置有电路，所述电路与硅基腔体（1）采用匹配孔（4）进行过渡；本发明的环行器，器件尺寸大大减小，实现了在17.8—26.6 GHz频段内的环行性能，本发明的环行器功率容量量级较微带结构提升了一个数量级。

Description

三孔接地小型化准SIW环行器
技术领域
本发明涉及微波元器件领域，尤其涉及一种三孔接地小型化准SIW环行器。
背景技术
基片型环行器是微波工程中一类重要的基础性器件，是T/R组件的必备元件，其广泛应用于民用通讯、微波测量、雷达、通信、电子对抗、航空航天等各种民用、军用设备中，在设备中主要起到信号定向传输、收发双工、隔离信号、保护前级系统的作用。
传统的SIW环行器电磁波的传输模式类似于波导，是在一个类似波导腔内传播。金属化通孔是SIW环行器的必备结构。金属化通孔主要起到模拟波导壁的作用，将电磁波约束在波导壁内，在介质内进行传播。
传统SIW器件，尤其是环行器、隔离器，都是采用衬底介质加旋磁基片的结构，旋磁基片的开孔破坏了介质表面电路的完整性，对于高频微波器件，电路的不完整对电磁波的传输影响明显，限制了器件性能的提升。
传统SIW环行器结构类型如图1-3所示，其原理均是通过两排金属化过孔(方孔或圆孔)构造波导腔体宽边结构，介质基片厚度构造波导窄边结构，实现电磁波的SIW传输结构。图1为采用两排交错金属化圆孔构造波导壁宽边结构，图2为采用单排金属化过孔构造波导宽边结构，图3是在单排金属化过孔构造波导结构基础上，在中心结区放置三个金属化孔用以提高环行器性能；
传统的基片型环行器技术问题及缺陷主要体现在以下几个方面：
1.传统的SIW器件无论表面电路如何变化，匹配结构如何设计，金属化通孔是其必备结构。金属化通孔在基片内构成一个类似的波导腔供电磁波传输，受微波波长的限制，金属化通孔的间距缩小空间有限，导致器件尺寸较大。通常，K波段SIW环行器平面尺寸在7mm*7mm以上，宽带结构尺寸更大；
2.金属化通孔由于过孔多，在工艺上增加了加工成本和工艺风险；
3.传统的微带器件由于电磁波在表面电路上传播，器件的功率容量小。通常，K波段微带环行器功率容量在几W左右；
4.传统SIW器件及开孔型微带器件，铁氧体孔破坏了表面电路的完整性，影响器件性能，且小型化导致中心结小，孔外电路尺寸小，通常小于1mm，永磁体焊接难以实现。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种三孔接地小型化准SIW环行器，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种三孔接地小型化准SIW环行器，包括硅基腔体、旋磁基片、永磁体、接地通孔、盖板和环行器底板，其中，所述旋磁基片嵌于硅基腔体内，所述环行器底板位于硅基腔体底部，盖板位于硅基腔体正上方，所述永磁体位于盖板上方，所述接地通孔在硅基腔体上对称分布，所述硅基腔体表面设置有电路，所述电路与硅基腔体采用匹配孔进行过渡；所述接地通孔为三个。
本发明结合传统SIW 环行器的结构形式和工艺手段实现，采用硅作为衬底材料，结合MEMS工艺对环行器腔体进行立体加工。在原理性分析和设计阶段，创造性地引入了准SIW技术，用金属化接地通孔代替传统金属化通孔，取消了介质腔体内的金属化波导壁，改变了电磁波的传输模式，使准SIW环行器既能实现传统SIW环行器的性能又大幅降低了器件尺寸。
准SIW技术可广泛应用于同类微波器件，起到代替SIW器件的作用，接地通孔的形状、尺寸可根据频段及表面电路进行匹配设计，以达到最佳性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明使用三孔接地的结构代替传统SIW环行器的金属化通孔，其优点为：（1）改变传统SIW环行器电磁波在介质腔体内传播的模式；（2）达到减小器件尺寸的目的，本发明的K波段宽带环行器平面尺寸仅为5mm*5mm，相比传统SIW环行器，其体积大为减小；（3）通过金属化接地通孔与表面电路的匹配实现器件性能的同时达到缩小尺寸保持功率的目标；（4）在介质腔体表面加附电路图形的盖板，从而填补了电路的空缺，使表面电路恢复完整；（5）使永磁体焊接工艺可操作，提高可靠性；（6）本发明的环行器实现了在17.8—26.6 GHz频段内的环行性能，本发明的环行器功率容量量级较微带结构（仅几W）提升一个数量级。
附图说明
图1-3为传统SIW环行器结构；
图4为本发明实施例的准SIW环行器未加盖板前的电路结构示意图；
图5为本发明实施例的准SIW环行器加盖板后的电路结构示意图；
图6本发明实施例的准SIW环行器加盖板后的立体结构示意图；
图7为图6中的匹配孔立体结构示意图；
图8为本发明实施例的准SIW环行器的回波损耗值；
图9为本发明实施例的准SIW环行器的损耗值；
图10为本发明实施例的准SIW环行器的隔离值。
图中：1、硅基腔体；2、旋磁基片；3、永磁体、4、匹配孔；5、接地通孔；6、盖板；7、环行器底板；
a、SIW结构表面电路；b、旋磁铁氧体基片；c、永磁体；d、硅基微带馈电；e、SIW结构金属通孔、f、腔体；g、环行器底板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
参见图1，一种三孔接地小型化准SIW环行器，包括硅基腔体1、旋磁基片2、永磁体3、接地通孔5、盖板6和环行器底板7，其中，所述旋磁基片2嵌于硅基腔体1内，所述环行器底板7位于硅基腔体1底部，盖板6位于硅基腔体1正上方，所述永磁体3位于盖板6上方，所述接地通孔5在硅基腔体1上对称分布，所述硅基腔体1表面设置有电路，所述电路与所硅基腔体1采用匹配孔4进行过渡，其具体结构如图7所示，本实施例的接地通孔5为三个；本实施例的准SIW环行器未加盖板前的电路结构如图4所示，本实施例的准SIW环行器加盖板后的电路结构如图5所示，本实施例的准SIW环行器加盖板后的立体结构如图6所示，本实施例的准SIW环行器的S参数仿真结果见图8-10，其中图8为环行器的回波损耗值，图9为环行器的损耗值,图10为环行器的隔离值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种三孔接地小型化准SIW环行器，其特征在于：包括硅基腔体（1）、旋磁基片（2）、永磁体（3）、接地通孔（5）、盖板（6）和环行器底板（7），其中，所述旋磁基片（2）嵌于硅基腔体（1）内，所述环行器底板（7）位于硅基腔体（1）底部，盖板（6）位于硅基腔体（1）正上方，所述永磁体（3）位于盖板（6）上方，所述接地通孔（5）为三个，所述接地通孔（5）在硅基腔体（1）上对称分布，所述硅基腔体（1）表面设置有电路，所述电路与硅基腔体（1）采用匹配孔（4）进行过渡。
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