CN110034412B - 一种siw阿基米德螺旋线倍频吸波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微波、倍频器结构、阿基米德螺旋线吸波结构，具体涉及到一种SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构及其设计方法。本发明在SIW传输线的基础上，将旋磁铁氧体作为倍频结构集成到SIW传输线中，通过SIW传输线馈入基频信号，通过设计好的旋磁铁氧体结构实现倍频；通过阿基米德螺旋结构吸收倍频后的电磁波，进一步通过匹配销钉实现宽带吸收。这种特殊的吸波方式，实现了SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的设计。本发明通过SIW传输线的使用，实现了器件的高Q值；将基频信号倍频到高频信号实现吸收，实现了器件的小型化和高吸收效率。

Description

一种SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构
技术领域
本发明涉及微波、倍频器结构、阿基米德螺旋线吸波结构，具体涉及到一种SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构及其设计方法。
背景技术
随着吸波材料的高速发展，各种使用吸波材料的吸波结构得以发明，吸波结构也逐渐向着小型化、高Q值和高吸收效率的方向发展。
现有的吸波结构主要分为多层吸波材料结构和周期性吸波结构。但都是在固有频率设计吸波结构，吸波结构不会对频率造成倍频；从而导致吸波结构具有固有范围的尺寸，然而任何厚度的吸波材料都会有其对应的工作频率，难以做到小型化、高Q值和高吸收效率。而电磁波在同一种吸波材料中，随着频率的增加，吸波材料的吸波性能将逐渐的提升；从而导致吸波材料的吸波性能随频率成正比，高频段的吸波性能优于低频段的吸波性能。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有吸波结构难以做到小尺寸的问题，本发明提供了一种SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构及其设计方法。
具体方案如下：
该SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构，包括阿基米德螺旋线SIW传输线、SIW传输线和圆柱旋磁铁氧体。
所述阿基米德螺旋线SIW传输线为不等间距，根据SIW传输线参数设计,其输入端口与SIW传输线的左侧端口相适应的对接，方程为：
Xt＝-v*t*t*cos(w*t) (1)
Yt＝-v*t*t*sin(w*t) (2)
式中，方程为卡迪尔直角坐标系方程，波入射的方向为负Y轴方向；Xt为阿基米德螺旋线的X轴分量；Yt为阿基米德螺旋线的Y轴分量；v为阿基米德螺旋线向外直线运动速度，在数值上为(0.5～1.2)；t为阿基米德螺旋线运动时间，在数值上截止时间为(8～12)*π；w为角速度，在数值上为(200～300)。
所述SIW传输线的b边为0.1a～0.5a，SIW传输线左侧端口与阿基米德螺旋线SIW传输线输入端口对接，右侧为SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构入射端口。
所述圆柱旋磁铁氧体为1～6个，均内嵌于SIW传输线的介质层中，其上下两个圆面均与SIW的上下接地板全接触，圆柱旋磁铁氧体的圆心均位于SIW传输线a边中线上；圆柱旋磁铁氧体采用饱和磁矩为3300-3500gauss的旋磁铁氧体材料，其内场为135000-140000A/M，直径为(0.93-0.94)*a。
设置位置需要满足与SIW传输线两端的距离大于介质内波长的四分之一加上圆柱旋磁铁氧体半径的和；相邻二块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离不小于SIW传输线内的四分之一介质内波长与两个铁氧体圆柱半径的和。
进一步的，所述SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构还设有匹配销钉，实现SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的内部匹配，拓宽吸波带宽。
其设计方法具体如下：
步骤1：根据指标设计SIW传输线，b边为0.1a～0.5a，根据SIW传输线参数设计阿基米德螺旋线SIW传输线,阿基米德螺旋线SIW传输线的方程为：
Xt＝-v*t*t*cos(w*t) (1)
Yt＝-v*t*t*sin(w*t) (2)
式中，方程为卡迪尔直角坐标系方程，波入射的方向为负Y轴方向；Xt为阿基米德螺旋线的X轴分量；Yt为阿基米德螺旋线的Y轴分量；v为阿基米德螺旋线向外直线运动速度，在数值上为(0.5～1.2)；t为阿基米德螺旋线运动时间，在数值上截止时间为(8～12)*π；w为角速度，在数值上为(200～300)。
步骤2：将圆柱旋磁铁氧体镶嵌到SIW传输线中，其上下两个圆面与SIW的上下接地板全接触；圆柱旋磁铁氧体的圆心位于SIW传输线a边中线上；
所述圆柱旋磁铁氧体为1～6个，均内嵌于SIW传输线的介质层中，其上下两个圆面均与SIW的上下接地板全接触，圆柱旋磁铁氧体的圆心均位于SIW传输线a边中线上；圆柱旋磁铁氧体采用饱和磁矩为3300-3500gauss的旋磁铁氧体材料，其内场为135000-140000A/M，直径为(0.93-0.94)*a；
设置位置需要满足与SIW传输线两端的距离大于介质内波长的四分之一加上圆柱旋磁铁氧体半径的和；相邻二块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离不小于SIW传输线内的四分之一介质内波长与两个铁氧体圆柱半径的和。
进一步的，所述步骤2后还包括步骤3：实现SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的内部匹配，拓宽吸波带宽。
进一步的，所述步骤3的匹配通过设计圆柱销钉，圆柱销钉直径为(0.01-0.2)*a。镶嵌到SIW传输线的介质中，其上下两个圆面与SIW传输线的上下接地板全接触；圆柱销钉的圆心位于SIW传输线a边中线上下0.1*a范围内。所设计的所有圆柱销钉外延距离各自靠近的圆柱铁氧体外延距离为销钉半径的(0.1-2)倍。
本发明在SIW传输线的基础上，将旋磁铁氧体作为倍频结构集成到SIW传输线中，通过SIW传输线馈入基频信号，通过设计好的旋磁铁氧体结构实现倍频；通过阿基米德螺旋结构吸收倍频后的电磁波，进一步通过匹配销钉实现宽带吸收。这种特殊的吸波方式，实现了SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的设计。本发明通过SIW传输线的使用，实现了器件的高Q值；将基频信号倍频到高频信号实现吸收，实现了器件的小型化和高吸收效率。
附图说明
图1为实施例SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构示意图；
图2为实施例旋磁铁氧体结构示意图；
图3为实施例SIW阿基米德螺旋线传输线和SIW传输线结构示意图；
图4为实施例圆柱销钉结构示意图；
图5为实施例SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的场图；
图6为实施例未加入铁氧体的SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的S参数结果图；
图7为实施例SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的S参数结果图；
图8为实施例SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的smith圆图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
如图1所示，为SIW阿基米德螺旋线吸波结构。距端口第一块圆柱旋磁铁氧体圆心与SIW传输线端口的等于SIW传输线内的四分之一波长与铁氧体圆柱半径的和，如图1中标号1所示旋磁铁氧体圆柱；距端口第二块圆柱旋磁铁氧体圆心与距端口第一块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离为SIW传输线内的四分之一波长与两个铁氧体圆柱半径的和，如图1中标号3所示旋磁铁氧体圆柱；距端口第三块圆柱旋磁铁氧体圆心与距端口第二块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离为SIW传输线内的四分之一波长与两个铁氧体圆柱半径的和，如图1中标号7所示旋磁铁氧体圆柱。
所设计的所有圆柱销钉外延距离与各自靠近的圆柱铁氧体外延距离为销钉半径的(0.1-2)倍，如图1中标号2、标号4、标号6、标号8所示圆柱销钉。
如图2所示，圆柱旋磁铁氧体采用饱和磁矩3500gauss的旋磁铁氧体材料，内场为140000A/M，铁氧体圆柱的直径为0.94*a。
如图3所示，是一个传输10GHz到20GHz基频信号的SIW阿基米德螺旋线传输线和SIW传输线的结构，SIW传输线具有高Q特点。SIW传输线的a边为9mm，b边为0.1a；曲线传输线部分满足阿基米德螺旋线公式(1)和公式(2)；标号5和标号9分别为SIW阿基米德螺旋传输线和SIW传输线。
如图4所示，为圆柱匹配销钉。标号2和标号6半径为0.1*a，外延距离相邻铁氧体外延距离为0.01*a，标号4和标号8半径为0.05*a，外延距离相邻铁氧体外延距离为0.1*a。
如图5所示，为SIW阿基米德线螺旋线倍频吸波结构场图，实现直观的倍频吸波结果。
如图6所示，为未加入铁氧体的SIW阿基米德线螺旋线吸波结构的S参数结果图，图中可以得出在19GHz附近最佳的S11为-5.7dB。
如图7所示，为SIW阿基米德线螺旋线倍频吸波结构的S参数结果图，图中可以得出在19GHz附近实现了870MHz的优于-5.7dB带宽，且形成较好的双峰结构。
如图8所示，为SIW阿基米德线螺旋线倍频吸波结构的smith圆图，图中可以得出在19GHz附近最佳的S11收敛较好。
综上所述，本发明提供的SIW阿基米德螺旋倍频吸波结构兼顾了小型化、高Q值和高吸收效率的优点。

Claims (4)

1.一种SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构，包括阿基米德螺旋线SIW传输线、SIW传输线和圆柱旋磁铁氧体，其特征在于：
所述阿基米德螺旋线SIW传输线为不等间距，根据SIW传输线参数设计,其输入端口与SIW传输线的左侧端口相适应的对接，方程为：
Xt＝-v*t*t*cos(w*t) (1)
Yt＝-v*t*t*sin(w*t) (2)
方程为卡迪尔直角坐标系方程，波入射的方向为负Y轴方向；Xt为阿基米德螺旋线的X轴分量；Yt为阿基米德螺旋线的Y轴分量；v为阿基米德螺旋线向外直线运动速度，在数值上为0.5～1.2；t为阿基米德螺旋线运动时间，在数值上截止时间为(8～12)*π；w为角速度，在数值上为200～300；
所述SIW传输线的b边为0.1a～0.5a，SIW传输线左侧端口与阿基米德螺旋线SIW传输线输入端口对接，右侧为SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构入射端口；
所述圆柱旋磁铁氧体为1～6个，均内嵌于SIW传输线的介质层中，其上下两个圆面均与SIW的上下接地板全接触，圆柱旋磁铁氧体的圆心均位于SIW传输线a边中线上；圆柱旋磁铁氧体采用饱和磁矩为3300-3500gauss的旋磁铁氧体材料，其内场为135000-140000A/M，直径为(0.93-0.94)*a；
设置位置需要满足与SIW传输线两端的距离大于介质内波长的四分之一加上圆柱旋磁铁氧体半径的和；相邻二块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离不小于SIW传输线内的四分之一介质内波长与两个铁氧体圆柱半径的和。
2.如权利要求1所述SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构，其特征在于：还设有匹配销钉，实现SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构的内部匹配，拓宽吸波带宽。
3.如权利要求1所述SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构，其设计方法具体如下：
步骤1：根据指标设计SIW传输线，b边为0.1a～0.5a，再根据SIW传输线参数设计不等间距的阿基米德螺旋线SIW传输线；
步骤2：将圆柱旋磁铁氧体镶嵌到SIW传输线中，其上下两个圆面与SIW的上下接地板全接触；圆柱旋磁铁氧体的圆心位于SIW传输线a边中线上；
所述圆柱旋磁铁氧体为1～6个，均内嵌于SIW传输线的介质层中，其上下两个圆面均与SIW的上下接地板全接触，圆柱旋磁铁氧体的圆心均位于SIW传输线a边中线上；圆柱旋磁铁氧体采用饱和磁矩为3300-3500gauss的旋磁铁氧体材料，其内场为135000-140000A/M，直径为(0.93-0.94)*a；
设置位置需要满足与SIW传输线两端的距离大于介质内波长的四分之一加上圆柱旋磁铁氧体半径的和；相邻二块圆柱旋磁铁氧体圆心的距离不小于SIW传输线内的四分之一介质内波长与两个铁氧体圆柱半径的和。
4.如权利要求3所述SIW阿基米德螺旋线倍频吸波结构，其特征在于：
所述设计方法还包括一个步骤3，设计匹配圆柱销钉，圆柱销钉直径为(0.01-0.2)*a，镶嵌到SIW传输线的介质中，其上下两个圆面与SIW传输线的上下接地板全接触；圆柱销钉的圆心位于SIW传输线a边中线上下0.1*a范围内；所有圆柱销钉外延距离各自靠近的圆柱铁氧体外延距离为销钉半径的0.1-2倍。
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