CN109494438B - 一种波导收发隔离器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导收发隔离器件，包括：至少两个环形结构、至少一个负载吸收体和腔体；至少两个环形结构和至少一个负载吸收体级联；至少两个环形结构和至少一个负载吸收体集成在同一个腔体内。本发明通过由至少两个环形结构和至少一个负载吸收体级联，使得接收通路的发射信号被负载吸收体吸收，从而有效地避免功率放大器受到损伤；至少两个环形结构使得部分通路的隔离度有了大幅提高。至少两个环形结构和至少一个负载吸收体集成到同一个腔体内，使得器件整体结构紧凑、稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于微波无源器件技术领域，尤其涉及一种波导收发隔离器件。
背景技术
顾名思义，收发隔离器件使微波信号接收通路和发射通路相互隔离、互不影响，在微波系统中应用十分广泛，是卫星通讯、雷达设备、精确制导和微波测试系统中重要的无源器件。收发隔离器件的工作原理是旋磁铁氧体在偏置恒磁场和高频电磁波的共同作用下，表现出张量磁导率效应，使得穿越其中的电磁波偏转特定的角度，延顺时针(或逆时针)环形输出，从而使收发两个不同方向的信号从不同的端口输出。
随着相控阵天线系统的广泛应用，阵列数量不断增多、功率不断增大、接收信号灵敏度要求不断增高，对收发隔离器件提出了更高隔离度、更小体积、更轻质量、更高功率容量和更低损耗的性能要求以及吸收接收通路反射功率的功能要求。
传统的收发隔离器件为三端口，接收通路的反射信号会随环形结构毫无阻碍的传输到信号源，从而损伤功率放大器。此外，单个环路的隔离度已几乎没有再提高的可能性。为克服上述缺陷，提出一种新型波导收发隔离器件。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种波导收发隔离器件，有效地避免功率放大器受到损伤，器件整体结构紧凑、稳定性好。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种波导收发隔离器件，包括：至少两个环形结构(1)、至少一个负载吸收体(2)和腔体(3)；
至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)级联；
至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)集成在同一个腔体(3)内。
在上述波导收发隔离器件中，至少两个环形结构(1)的微波信号环形方向，包括：至少一个逆时针方向，或至少一个顺时针方向。
在上述波导收发隔离器件中，至少一个负载吸收体(2)的结构为楔形。
在上述波导收发隔离器件中，腔体(3)中级联过度部分设置调谐匹配台(17)。
在上述波导收发隔离器件中，腔体(3)外部设置有加强筋结构，以增大腔体(3)的力学稳定性。
在上述波导收发隔离器件中，腔体(3)由上腔体(8)和下腔体(9)通过螺钉(10)连接紧固而成；上腔体和下腔体上分别设置有销钉孔(11)，销钉(12)装入销钉孔(11)；上腔体(8)和下腔体(9)内设置有阻抗匹配台(13)。
在上述波导收发隔离器件中，环形结构(1)，包括：旋磁铁氧体(4)、恒磁体(5)、垫片(6)和轭铁(7)；
旋磁铁氧体(4)装配在上腔体(8)和下腔体(9)内的阻抗匹配台(13)上；其中，在装配时，使用旋磁铁氧体装配工装(18)，使旋磁铁氧体(4)与阻抗匹配台(13)外接圆圆心重合；
恒磁体(5)和垫片(6)叠合放置在磁钢槽(15)中；其中，在磁钢槽(15)内壁设置若干灌胶槽(16)，方便灌入胶质固定恒磁体(5)和垫片(6)；
轭铁(7)通过螺钉(10)固定在上腔体(8)和下腔体(9)上。
在上述波导收发隔离器件中，下腔体(9)的阻抗匹配台(13)上设置有调谐柱(14)。
在上述波导收发隔离器件中，
垫片(6)为匀磁垫片和温度补偿合金片；
旋磁铁氧体(4)为三角形或圆形。
在上述波导收发隔离器件中，
阻抗匹配台(13)的台阶数至少为一个，形状为三角形或圆形或“Y”字形。
本发明具有以下优点：通过由至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)级联，使得接收通路的发射信号被负载吸收体(2)吸收，从而有效地避免功率放大器受到损伤。至少两个环形结构(1)使得部分通路的隔离度有了大幅提高。至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)集成到同一个腔体(3)内，使得器件整体结构紧凑、稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例中一种波导收发隔离器件结构示意图；
图2是本发明实施例中一种波导收发隔离器件的俯视图；
图3是本发明实施例中一种波导收发隔离器件的剖视图；
图4是本发明实施例中又一种波导收发隔离器件的剖视图；
图5是本发明实施例一种波导收发隔离器件的侧视图；
图6是本发明实施例中一种波导收发隔离器件的旋磁铁氧体装配工装的结构示意图；
图7是本发明实施例中一种波导收发隔离器件的旋磁铁氧体装配工装的侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1～7，在本实施例中，该波导收发隔离器件，包括：至少两个环形结构1、至少一个负载吸收体2和腔体3。其中，至少两个环形结构1和至少一个负载吸收体2级联；至少两个环形结构1和至少一个负载吸收体2集成在同一个腔体3内。
优选的，至少两个环形结构1的微波信号环形方向，包括：至少一个逆时针方向，或至少一个顺时针方向。
优选的，至少一个负载吸收体2的结构为楔形。
优选的，腔体3中级联过度部分设置调谐匹配台17。
优选的，腔体3外部设置有加强筋结构，以增大腔体3的力学稳定性。
优选的，腔体3由上腔体8和下腔体9通过螺钉10连接紧固而成；上腔体和下腔体上分别设置有销钉孔11，销钉12装入销钉孔11；上腔体8和下腔体9内设置有阻抗匹配台13。
优选的，环形结构1，包括：旋磁铁氧体4、恒磁体5、垫片6和轭铁7。其中，旋磁铁氧体4装配在上腔体8和下腔体9内的阻抗匹配台13上；其中，在装配时，使用旋磁铁氧体装配工装18，使旋磁铁氧体4与阻抗匹配台13外接圆圆心重合；恒磁体5和垫片6叠合放置在磁钢槽15中；其中，在磁钢槽15内壁设置若干灌胶槽16，方便灌入胶质固定恒磁体5和垫片6；轭铁7通过螺钉10固定在上腔体8和下腔体9上。
优选的，下腔体9的阻抗匹配台13上设置有调谐柱14。
优选的，垫片6为匀磁垫片和温度补偿合金片；旋磁铁氧体4为三角形或圆形。
优选的，阻抗匹配台13的台阶数至少为一个，形状为三角形或圆形或“Y”字形。
在上述实施例的基础上，下面结合一个具体实例进行说明。
根据实际需求，所述至少两个环形结构1的微波信号环形方向不同，一个环形方向为顺时针，另外一个方向为逆时针。具体地，当发射端和接收端在同一侧时，此时环形方向不同；反之，则环形方向相同。
所述腔体3由上腔体8和下腔体9通过螺钉10连接紧固而成。分别在上腔体和下腔体上设置销钉孔11，装配时装入销钉12，有效保证了装配精度。
所述至少两个环形结构1由腔体3、旋磁铁氧体4、恒磁体5、垫片6和轭铁7组成。所述旋磁铁氧体4装配在上腔体8和下腔体9内的阻抗匹配台13上。装配时使用旋磁铁氧体装配工装18，使旋磁铁氧体4与阻抗匹配台13外接圆圆心重合。采用胶液粘接的方式将旋磁铁氧体4固定在腔体3上。
阻抗匹配台13、调谐柱14、旋磁铁氧体4三者构成环形结构的导行腔。所述下腔体9的阻抗匹配台13上设置调谐柱14，进一步改善电磁波阻抗匹配，提高器件性能，增大工作带宽。所述阻抗匹配台形状为三角形，与所述旋磁铁氧体4一起构成两级匹配结构。所述旋磁铁氧体4经过三角形磨平尖角处理，其目的有二：一、所述旋磁铁氧体4材料较脆，防止尖角磕碰受损；二、防止尖端引起放电。
恒磁体5、垫片6和轭铁7三者构成环形结构的磁路。所述恒磁体5和垫片6叠合放置在磁钢槽15中。在磁钢槽15内壁设置若干灌胶槽16，方便灌入胶质固定恒磁体5和垫片6。在装配调试过程中，往往通过调整恒磁体5和垫片6的顺序和位置，改变旋磁铁氧体4中的偏置磁场，使得实现电磁波偏转合适的角度，从而使隔离器件的性能达到最优。垫片6为电工纯铁片和温度补偿片的组合。其中，电工纯铁片具有导磁特性，并带有一定的磁阻。因此，其主要作用是使磁场更为均匀。温度补偿合金随温度的升高，其磁通量呈下降趋势。铁镍合金的牌号不同，其温度系数曲线也不尽相同。因此，根据具体情况，选择合适牌号的铁镍合金，可对环境温度引起的材料磁性能变化，进行精确补偿，以保证所述新型收发隔离器件具有优良的宽温性能。轭铁7通过螺钉10固定在上腔体8和下腔体9上。轭铁作用有：其一，防止所述环形结构1的偏置磁场受其它器件的影响；其二，防止所述环形结构1的偏置磁场影响其它器件正常工作；其三，增大偏置磁场，降低器件整体质量。
通过高频电磁场仿真软件分析可知，前环形结构输出的信号在后环形结构处会产生轻微反射，该反射信号会延前环形结构传输，从而导致器件隔离度下降。因此，在所述腔体3中级联过度部分设置调谐匹配台17，可有效抑制反射，保证器件各隔离端口间均具有良好的隔离度。
所述至少一个负载吸收体2为楔形。其楔形面长度为波导波长的1/2的整数倍，保证电磁波1/4波长处产生的反射能够被其相邻的1/4波长发射波相抵消。采用胶粘的方式对负载吸收体2进行固定。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种波导收发隔离器件，其特征在于，包括：至少两个环形结构(1)、至少一个负载吸收体(2)和腔体(3)；
至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)级联；
至少两个环形结构(1)和至少一个负载吸收体(2)集成在同一个腔体(3)内；
至少一个负载吸收体(2)的结构为楔形，负载吸收体(2)的楔形面长度为波导波长的1/2的整数倍，保证电磁波1/4波长处产生的反射能够被其相邻的1/4波长发射波相抵消；采用胶粘的方式对负载吸收体(2)进行固定；
腔体(3)中级联过度部分设置调谐匹配台(17)，有效抑制反射，保证器件各隔离端口间均具有良好的隔离度；腔体(3)外部设置有加强筋结构；
腔体(3)由上腔体(8)和下腔体(9)通过螺钉(10)连接紧固而成；上腔体和下腔体上分别设置有销钉孔(11)，销钉(12)装入销钉孔(11)；上腔体(8)和下腔体(9)内设置有阻抗匹配台(13)，阻抗匹配台(13)的台阶数至少为一个，形状为三角形；下腔体(9)的阻抗匹配台(13)上设置有调谐柱(14)，以改善电磁波阻抗匹配，提高器件性能，增大工作带宽；
环形结构(1)，包括：旋磁铁氧体(4)、恒磁体(5)、垫片(6)和轭铁(7)；旋磁铁氧体(4)装配在上腔体(8)和下腔体(9)内的阻抗匹配台(13)上；在装配时，使用旋磁铁氧体装配工装(18)，使旋磁铁氧体(4)与阻抗匹配台(13)外接圆圆心重合；恒磁体(5)和垫片(6)叠合放置在磁钢槽(15)中；磁钢槽(15)内壁设置若干灌胶槽(16)，方便灌入胶质固定恒磁体(5)和垫片(6)；轭铁(7)通过螺钉(10)固定在上腔体(8)和下腔体(9)上，轭铁(7)用于防止环形结构的偏置磁场受其它器件的影响，防止环形结构的偏置磁场影响其它器件正常工作，增大偏置磁场，降低器件整体质量；其中，垫片(6)为电工纯铁片和温度补偿片的组合，电工纯铁片具有导磁特性，并带有一定的磁阻，使磁场更为均匀；温度补偿片随温度的升高，其磁通量呈下降趋势，以对环境温度引起的材料磁性能变化进行精确补偿，保证波导收发隔离器件具有优良的宽温性能；旋磁铁氧体(4)为三角形；
其中：
阻抗匹配台(13)、调谐柱(14)和旋磁铁氧体(4)三者构成环形结构的导行腔，以改善电磁波阻抗匹配，提高器件性能，增大工作带宽；
恒磁体(5)、垫片(6)和轭铁(7)三者构成环形结构的磁路；在装配调试过程中，通过调整恒磁体(5)和垫片(6)的顺序和位置，改变旋磁铁氧体(4)中的偏置磁场，使得电磁波偏转合适的角度，从而使隔离器件的性能达到最优；
三角形的阻抗匹配台(13)与旋磁铁氧体(4)一起构成两级匹配结构；旋磁铁氧体(4)经过三角形磨平尖角处理，防止三角形尖角磕碰受损及三角形尖端引起放电。
2.根据权利要求1所述的波导收发隔离器件，其特征在于，至少两个环形结构(1)的微波信号环形方向，包括：至少一个逆时针方向，或至少一个顺时针方向。
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