CN108682928A - 一种射频通信环行器和隔离器 - Google Patents

Abstract

本发明属于射频传输设备，公开了一种射频通信环行器和隔离器，包括外壳和设置在外壳内的电磁限制设备，外壳上设有三个连接头，通过电磁限制设备限制连接头之间的信号单向环形传播；所述电磁限制设备包括线路板和旋磁体，所述旋磁体包括Y型结构的中心导体和设置在中心导体两侧将中心导体夹持的铁氧体，在铁氧体外侧设有附加磁场使铁氧体形成旋磁特性限制进入的微波射频信号进行单向环形传播的磁铁。本发明通过对内部结构进行优化从而降低体积提高集成度。

Description

一种射频通信环行器和隔离器

技术领域

本发明属于射频传输设备技术领域，具体涉及一种射频通信环行器和隔离器。

背景技术

环行器和隔离器是一类微波铁氧体器件，通过铁氧体控制微波信号的传输。隔离器是一个有单向传输特性的二端口器件，环行器是一个有单向传输特性的端口三器件。隔离器和环行器具有体积小、频带宽、插损小等特点，因而应用十分广泛。环行器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。环行器是有数个端的非可逆器件。其显著特点为能够单向传输高频信号能量，分为微光学光纤、电子环行器，在隔离器、双工器、反射放大器中有良好的应用。环行器单向传输的原理，是由于采用了铁氧体旋磁材料。这种材料在外加高频波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性(又称张量磁导率特性)。正是这种旋磁特性，使在铁氧体中传播的电磁波发生极化的旋转(法拉第效应)，以及电磁波能量强烈吸收(铁磁共振)，正是利用这个旋磁现象，制做出结型隔离器、环行器。它具有体积小、频带宽、插损小等特点，因而应用十分广泛。

其中，环行器和隔离器均通过磁力约束形成单向导通的结构，其性能指标主要包括频率范围、插入损耗、隔离度还有工作温度等。现有的环行器或隔离器频率范围较小、插入损耗较高，而且随着环境温度的变化而影响其性能，如果要增大频率范围同时保证具有较低的插入损耗，需要设置较大的体积，才能够达到较好的效果，但体积增大会导致设备适用范围变窄，许多设备的空间较小无法安装大体积的环行器或者隔离器。

发明内容

针对上述现有技术中存在在保证具有较小体积的情况下导致频率范围较小且容易受到环境温度变化影响的问题，本发明提供一种通过重新布置内部结构有效的提高空间利用率以降低体积的一种射频通信环行器和隔离器。

本发明所采用的技术方案为：一种射频通信环行器，包括外壳和设置在外壳内的电磁限制设备，外壳上设有三个连接头，通过电磁限制设备限制连接头之间的信号单向环形传播；所述电磁限制设备包括线路板和旋磁体，所述旋磁体包括Y型结构的中心导体和设置在中心导体两侧将中心导体夹持的铁氧体，在铁氧体外侧设有附加磁场使铁氧体形成旋磁特性限制进入的微波射频信号进行单向环形传播的磁铁。

整个结构包括两个部分，旋磁体是对包含中心导体多层贴合结构的总称，射频通信信号从任一连接头进入线路板进行电磁转换转换为电磁波信号，并通过两侧的铁氧体与磁铁产生的旋磁特性磁约束微波射频信号偏转120°单向传递。环行器单向传输的原理，是由于采用了铁氧体旋磁材料。这种材料在外加高频波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性(又称张量磁导率特性)。正是这种旋磁特性，使在铁氧体中传播的电磁波发生极化的旋转(法拉第效应)，以及电磁波能量强烈吸收(铁磁共振)，正是利用这个旋磁现象，制做出结型隔离器、环行器，具有体积小、频带宽、插损小等特点。

进一步的，所述线路板上设有三个等效电路，并对应每个等效电路设有电容和电感线圈形成与连接头对应的LC振荡电路，LC振荡电路将连接头传输进来的电信号转变为电磁信号进行传输所述外壳内还设有内腔体，所述中心导体和铁氧体均设置在内腔体内。内腔体是一种底座结构，设有用来容纳旋磁体的空腔，便于固定。其中，所述LC振荡电路即为一种半导体器件，主要用来调制变换。然后通过三个电感线圈耦合传递信息，但因为在中心导体内是以电磁波形式进行传输，故通过铁氧体产生的旋磁现象将其导向固定一端的电感线圈上进行解调。而从接受一侧电感线圈上会产生反射信号，则通过旋磁体将其吸收从而消除频率牵引的现象。

进一步的，所述铁氧体外侧还设有用来减少损耗的导磁片。所述导磁片是一种用来增加磁场强度并减小微波射频的损耗。

进一步的，所述铁氧体外部设有将铁氧体覆盖并用来在铁氧体温度升高导致性能下降时对铁氧体进行性能补偿的补偿片。一般普通的环行器或隔离器在长时间运行后会产生一定的热量导致其内部温度升高，而温度升高会影响铁氧体的性能，从而造成设备不稳定的情况；通过设有覆盖在铁氧体外侧的补偿片能够有效的降低性能波动，在内部温度升高时，铁氧体性能下降，而所述补偿片能够补偿性能使其性能波动较小，类似电路补充设备的效果，从而提高设备运行的稳定性。

进一步的，所述铁氧体与中心导体之间设有用来绝缘的薄膜。薄膜采用聚四氟乙烯材质，具有较好的绝缘效果，同时材质轻盈厚度较低。所述内腔体为侧壁上设有至少两个通槽，在导磁片外侧设有可插入通槽内进行限位的凸缘。所述的内腔体为圆柱形结构，所述通槽内腔体轴线平行。当导磁片需要放入内腔体内时，先将所有凸缘与对应的通槽开口对齐，然后使得凸缘进入对应通槽内实现限位效果。

进一步的，所述中心导体两侧均从内向外依次为薄膜、铁氧体、导磁片、磁铁和补偿片，以任一侧补偿片为底部将旋磁体压入内腔体内并在内腔体开口处设有向内压合形成内腔整体的旋盖。所述旋盖能够将旋磁体所有部件阻挡在内腔体内，所述旋磁体中心为中心导体，其两侧设有相同结构。

进一步的，所述外壳一侧开口处设有将开口完全覆盖的盖板，所述线路板设置在外壳内底部且所述内腔整体设置在线路板朝向盖板一侧面上；线路板上通过设有的电感线圈提供稳定的磁场。

采用权利要求的一种射频通信环行器的制成的一种射频通信隔离器，在任一连接头上插设有负载设备。如果在端口三环行器的一个端口接上匹配负载，它就变成了隔离器。环行器与隔离器可做成同轴线，波导，带线，微带等多种形式，用在各种电磁波传输系统中。例如：隔离器负载：各种微波信号源，不管是电真空的还是半导体的，随着负载阻抗的变化，会发生频率漂移，称之为频率牵引现象。如果将隔离器接在信号源与负载之间。信号仍能传输到负载，而负载反射的信号将被隔离器吸收，从而消除了频率牵引现象，使系统稳定。隔离器同样为端口三器件，当端口一为输入，端口二为输出，则端口三为隔离端口，能量几乎不能穿过，以此类推。

也就是说，隔离器只允许电磁波从一个端口输入，向另一端口输出，其中端口一，向端口二传输，反之则电磁波被隔离器吸收。对于理想端口三环行器，端口一输入的电磁波只能从端口二输出，端口二输入的电磁波只能从端口三输出，而端口三输入的电磁波只能从端口一输出。

本发明的有益效果为：

(1)本发明结构简单并通过合理的结构设计和布局，将原有的组件堆叠放置从而提高了空间利用率，减小体积；

(2)本发明通过设有的磁铁与铁氧体配合形成较为稳定的磁场，从而能够增加本装置的频率宽度，能够适用于更大频率范围内的信号；

(3)本发明通过设有的导磁片和磁铁相互作用，通过一定的屏蔽效果使得磁铁产生的磁场能够更加均匀，从而能够达到减少损耗；

(4)本发明通过在旋磁体两侧设有补偿片结构，通过采用较低热传导率的材料，能够减小热量传递量，从而防止环境温度变化影响本设备内的仪器正常工作导致阻隔性能降低。

附图说明

图1是本发明的所有部件的分体式结构示意图；

图2是本发明图1中A局部的放大示意图；

图3是本发明外壳与盖板分离结构示意图；

图4是本发明顶面俯视图；

图5是本发明侧视图；

图6是本发明的线路板图。

图中：1-外壳，2-连接头，3-线路板，4-中心导体，401-中心盘，402-条状导体，5-铁氧体，6-内腔体，7-导磁片，8-磁铁，9-补偿片，10-薄膜，11-通槽，12-凸缘，13-旋盖，14-盖板，15-电感线圈，16-门型连接器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例1：

本实施例提供一种射频通信环行器，如图1所示，包括外壳1和设置在外壳1内的电磁限制设备，外壳1上设有三个连接头2，通过电磁限制设备限制连接头2之间的信号单向环形传播；所述电磁限制设备包括线路板3和旋磁体，所述旋磁体包括Y型结构的中心导体4和设置在中心导体4两侧将中心导体4夹持的铁氧体5，在铁氧体5外侧设有附加磁场使铁氧体5形成旋磁特性限制进入的微波射频信号进行单向环形传播的磁铁8。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定，如图2、图3、图4、图5和图6所示，其中外壳1一侧设有开口并在开口上配合有用来装配的盖板14。在外壳1内还设有内腔体6，所述中心导体4和铁氧体5均设置在内腔体6内。内腔体6是一种底座结构，设有用来容纳旋磁体的空腔，便于固定。而在线路板3上设置三个与连接头2对应的电感线圈15，并对应每个电感线圈15设有一个电容。通过连接头2传输过来的电信号进行转换，使得电感线圈15产生稳定的磁信号。而印制的线路板3选取1mm厚的高介电常数的高频玻纤单面覆铜板，铁氧体5旋磁材料选择尺寸为29.5·1.5mm，参数为1650G；电容选取为固定电容，用直径1mm长150mm的漆包线绕成内径为的三个端口用电感线圈15圈，接地端长度为端口的一半。将内导体折叠后固定于印制电路板上，放入铁氧体5后将内导体的三个端于中心折叠交叉，然后再盖上另一片铁氧体5后将上盖盖好并用夹具将其压紧后整体焊接于印制电路板上，装配好各个端口的可调电容及电感线圈15等，其等效电路实际和分布参数原理一样。

实施例3：

在上述实施例2的基础上进行进一步优化限定，如图所示，在中心导体4两侧均设有薄膜10，从而增加绝缘效果。铁氧体5外侧还设有用来减少损耗的导磁片7，在导磁片7外侧设有磁铁8。而在磁铁8外部设有补偿片9。

也就是说，所述中心导体4两侧均从内向外依次为薄膜10、铁氧体5、导磁片7、磁铁8和补偿片9，以任一侧补偿片9为底部将旋磁体压入内腔体6内并在内腔体6开口处设有向内压合形成内腔整体的旋盖13。所述旋盖13能够将旋磁体所有部件阻挡在内腔体6内，所述旋磁体中心为中心导体4，其两侧设有相同结构。

实施例4：

在上述实施例3的基础上进行进一步优化限定，所述内腔体6为侧壁上设有三个通槽11，在导磁片7外侧设有可插入通槽11内进行限位的凸缘12。所述的内腔体6为圆柱形结构，所述通槽11内腔体6轴线平行。当导磁片7需要放入内腔体6内时，先将所有凸缘12与对应的通槽11开口对齐，然后使得凸缘12进入对应通槽11内实现限位效果。

旋盖13能够将旋磁体所有部件阻挡在内腔体6内，所述旋磁体中心为中心导体4，其两侧设有相同结构。所述外壳1一侧开口处设有将开口完全覆盖的盖板14，所述线路板3设置在外壳1内底部且所述内腔整体设置在线路板3朝向盖板14一侧面上；线路板3上通过设有的电感线圈15提供稳定的磁场。其中盖板14和外壳1形成一个密封结构，能够提供一定的电磁屏蔽效果，从而将磁场限制在外壳1内。

实施例5：

本实施例采用权利要求的一种射频通信环行器的制成的一种射频通信隔离器，在任一连接头2上插设有负载设备。如果在端口三环行器的一个端口接上匹配负载，它就变成了隔离器。环行器与隔离器可做成同轴线，波导，带线，微带等多种形式，用在各种电磁波传输系统中。例如：隔离器负载：各种微波信号源，不管是电真空的还是半导体的，随着负载阻抗的变化，会发生频率漂移，称之为频率牵引现象。如果将隔离器接在信号源与负载之间。信号仍能传输到负载，而负载反射的信号将被隔离器吸收，从而消除了频率牵引现象，使系统稳定。

也就是说，隔离器只允许电磁波从一个端口输入，向另一端口输出，其中端口一，向端口二传输，反之则电磁波被隔离器吸收。对于理想端口三环行器，端口一输入的电磁波只能从端口二输出，端口二输入的电磁波只能从端口三输出，而端口三输入的电磁波只能从端口一输出。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种射频通信环行器，包括外壳(1)和设置在外壳(1)内的电磁限制设备，外壳(1)上设有三个连接头(2)，通过电磁限制设备限制连接头(2)之间的信号单向环形传播；其特征在于：所述电磁限制设备包括线路板(3)和旋磁体，所述旋磁体包括Y型结构的中心导体(4)和设置在中心导体(4)两侧将中心导体(4)夹持的铁氧体(5)，在铁氧体(5)外侧设有附加磁场使铁氧体(5)形成旋磁特性限制进入的微波射频信号进行单向环形传播的磁铁(8)。

2.根据权利要求1所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述线路板(3)上设有三个等效电路，并对应每个等效电路设有电容和电感线圈(15)形成与连接头(2)对应的LC振荡电路，LC振荡电路将连接头(2)传输进来的电信号转变为电磁信号进行传输。

3.根据权利要求1或2所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述外壳(1)内还设有内腔体(6)，所述中心导体(4)和铁氧体(5)均设置在内腔体(6)内。

4.根据权利要求1或2所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述中心导体(4)包括中心盘(401)和三个以中心盘(401)中点为圆心等圆心角设置在中心盘(401)侧边上的条状导体(402)，三个条状导体(402)向内翻折并在中心盘(401)中心处较差堆叠，并在交叉处设有将条状导体(402)隔开的薄膜；所述条状导体一端与中心盘侧边连接形成一体式结构，另一端伸出中心盘(401)并设有垂直于条状导体的门型连接器(16)，所述门型连接器(16)与线路板(3)连接。

5.根据权利要求3所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述铁氧体(5)与磁铁(8)还设有用来分布磁场减少损耗的导磁片(7)。

6.根据权利要求5所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述铁氧体(5)外部设有将铁氧体(5)覆盖并当铁氧体温度升高导致其性能下降的时对铁氧体进行性能补偿的补偿片(9)。

7.根据权利要求6所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述铁氧体(5)与中心导体(4)之间设有用来绝缘的薄膜(10)；所述内腔体(6)为侧壁上设有至少两个通槽(11)，在导磁片(7)外侧设有可插入通槽(11)内进行限位的凸缘(12)。

8.根据权利要求7所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述中心导体(4)两侧均从内向外依次为薄膜(10)、铁氧体(5)、导磁片(7)、磁铁(8)和补偿片(9)，以任一侧补偿片(9)为底部将旋磁体压入内腔体(6)内并在内腔体(6)开口处设有向内压合形成内腔整体的旋盖(13)。

9.根据权利要求1或2所述的一种射频通信环行器，其特征在于：所述外壳(1)一侧开口处设有将开口完全覆盖的盖板(14)，所述线路板(3)设置在外壳(1)内底部且所述内腔整体设置在线路板(3)朝向盖板(14)一侧面上；线路板(3)上通过设有的电感线圈(15)提供稳定的磁场。

10.采用权利要求8的一种射频通信环行器的制成的一种射频通信隔离器，其特征在于：在任一连接头(2)上插设有负载设备。