CN112713373B - 一种耐低温微波铁氧体环形器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐低温微波铁氧体环形器，包括相对设置的上端盖和下端盖，在所述上端盖背对下端盖的一侧设置有第一凹槽，在朝向所述下端盖的一侧设置有第二凹槽，在所述下端盖朝向上端盖的一侧设置有第三凹槽，在背对上端盖的一侧设置有第四凹槽，在所述第一凹槽内设置有第一磁铁，在所述第二凹槽内设置有第一介质环和铁氧体，在所述第三凹槽内设置有第二介质环和铁氧体，在所述第四凹槽内设置有第四磁铁，在所述第一介质环和所述第二介质环之间设置有内导体。该环形器通过在端盖两侧设置凹槽并将磁铁和铁氧体置于两侧的凹槽中，然后在两铁氧体之间设置内导体，缩短内导体输出段的几何长度，进而减少器件体积。通过采用夹杂特殊材料的铁氧体，使器件能够工作在‑270度的极限低温环境中。

Description

一种耐低温微波铁氧体环形器
技术领域
本发明涉及一种环形器，尤其涉及一种耐低温微波铁氧体环形器。
背景技术
微波铁氧体环形器，是一种多端口器件，电磁波在其内部的传输沿单方向环行，而反方向是隔离的，或者说是反旋的。其原理是利用了磁场偏置中的铁氧体材料的各向异性特征。用铁氧体材料作介质，上置导带结构，加入恒定磁场，就使得环形器具有了环行特性。如果改变偏置磁场的两极，环形器的环行方向就会改变。在基站等通信系统中需要使用单方向环行特性的器件，比如功放的输出端口常用环形器来进行信号的隔离。
现有环形器中内导体的输出连接线处于空气环境中，相比处于高介电常数介质中的连接线需要很长，导致器件的体积比较大，而且现有环形器采用的普通铁氧体材料，在极限低温环境下时其性能已经完全丧失。
发明内容
本发明为了克服现有环形器体积大，不能用于低温环境的情况，提供了一种微波铁氧体环形器，该环形器通过在端盖两侧设置凹槽并将磁铁和铁氧体置于两侧的凹槽中，然后在两铁氧体之间设置内导体，缩短内导体输出段的几何长度，进而减少器件体积，而且采用夹杂特殊材料的铁氧体，使得器件能够在-270度的低温环境中仍然能有比较好的电气指标。
本发明所采取的技术方案为:一种微波铁氧体环形器，包括相对设置的上端盖和下端盖，在所述上端盖背对下端盖的一侧设置有第一凹槽，在朝向所述下端盖的一侧设置有第二凹槽，在所述下端盖朝向上端盖的一侧设置有第三凹槽，在背对上端盖的一侧设置有第四凹槽，在所述第一凹槽内设置有第一磁铁，在所述第二凹槽内设置有第一介质环和铁氧体，在所述第三凹槽内设置有第二介质环和铁氧体，在所述第四凹槽内设置有第四磁铁，在所述第一介质环和所述第二介质环之间设置有内导体。
进一步的，所述第一介质环和第二介质环均为陶瓷环。
进一步的，在所述铁氧体中掺设有稀土金属。
进一步的，所述稀土金属为金属钆。
进一步的，所述第一介质环和第二介质环的周向均设置有三个输出口，所述输出口为半圆形凹槽。
进一步的，在所述上端盖和下端盖的四周均设置有金属板，各金属板相互配合将所述上端盖、下端盖、第一磁铁、第二磁铁、第一介质环及铁氧体、第二介质环及铁氧体和内导体包覆在一起。
进一步的，所述金属板包括用于包覆上端面、下端面和右端面的U型板，用于包覆后端面、前端面和左端面的金属挡板，所述金属挡板通过螺钉固定在所述上端盖和下端盖上。
进一步的，所述内导体包括中心圆板和由中心圆板向外发射状设置的三个叶片，三个叶片对应三个输出端口。
进一步的，所述中心圆板上下对应第一介质环和第二介质环的内环部分。
进一步的，接头为SMA接头。
本发明所产生的有益效果包括：本发明通过在铁氧体的外围设置有介质环来缩短内导体输出段的几何长度，使得该环行器在达到较高电气性能的情况下也实现了比较小的体积。另外，整个器件零部件简单，易于装配，也易于大批量生产。本发明所用的铁氧体中夹杂了稀有金属材料钆，使得器件在低温环境下依然具有优秀的性能指标，常温下回波损耗能够达到-15dB以下，隔离度20dB以上；极限低温-270℃环境时回波损耗-10以下，隔离度10dB以上，指标依然比较好（如附图2、3所示）。
附图说明
图1为本发明的结构分解示意图；
图2为环形器在常温环境下的测试结果；
图3为环形器在液氮-270度超低温环境下的测试结果。
其中，1、上端盖，2、下端盖，3、第一磁铁，4、第一铁氧体，5、第二铁氧体，6、第二磁铁，7、U型板，8、内导体，801、中心圆板，802、叶片，9、第一介质环，10、第二介质环，11、半圆形凹槽，12、金属挡板，13、磁铁环，14、第三凹槽，15、接头，16、螺钉、17、平头螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
环形器单向传输的原理，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，制做出结型环形器，应用十分广泛。
如图1所示，本发明所述的一种微波铁氧体环形器，该环行器包括相对设置的上端盖1和下端盖2，在上端盖1背对下端盖2的一侧设置有第一凹槽，在朝向下端盖2的一侧设置有第二凹槽，在下端盖2朝向上端盖1的一侧设置有第三凹槽14，在背对上端盖1的一侧设置有第四凹槽，在第一凹槽内设置有第一磁铁3，在第二凹槽内设置有第一介质环9和第一铁氧体4，在第三凹槽14内设置有第二介质环10和第一铁氧体5，在第四凹槽内设置有第二磁铁6，在第一介质环9和第二介质环10之间设置有内导体8。第一介质环9和第二介质环10均为陶瓷环。
上下端盖1、2在围绕凹槽的一圈均匀设置有螺钉安装孔位，由三颗螺钉16将上下端盖1、2固定住，上下端盖1、2再将中间的铁氧体4、5、介质环9、10和内导体8压接在一起。上下端盖1、2的外侧设置有金属板，这些金属板通过螺钉17紧固到上下端盖1、2的外侧，将整个环形器包裹起来，形成一个密闭的整体。环形器整体结构非常牢固可靠，适合批量生产。具体的包裹形式为：在上端盖1和下端盖2的四周均设置有金属板，各金属板相互配合将上端盖1、下端盖2、第一磁铁3、第二磁铁6、第一铁氧体4、第二铁氧体5、第一介质环9、第二介质环10和内导体8包覆在一起。金属板包括用于包覆上端面、下端面和右端面的U型板7，用于包覆后端面、前端面和左端面的金属挡板12，金属挡板12通过螺钉17固定在上端盖1和下端盖2上。
本实施例中内导体8上下的铁氧体夹杂有稀有材料钆，掺比为1.2%。
第一介质环9和第二介质环10的周向均设置有三个输出口，输出口为半圆形凹槽11。即设置于铁氧体4、5外围的复合介质环9、10在内导体8的三个输出口部分设置有半圆形凹槽11，用于调配端口的阻抗，第一介质环9和第二介质环10的三个输出端口上下相对。
在第一磁铁3和第二磁铁6外均设置有磁铁环13。设置于磁铁外围的磁铁环13可以将磁场限定在磁铁环的尺寸内，进一步提高器件的性能。
本实施例中的内导体8包括中心圆板801和由中心圆板801向外发射状设置的三个叶片802，叶片802延伸至输出端口处，三个叶片802对应三个输出端口。所述中心圆板801上下对应第一铁氧体4和第二铁氧体5。
本发明采用夹杂稀土元素的铁氧体，使得铁氧体在超级低温环境下依然保持良好的性能，从而整个器件的低温指标才能得到保证。而且为了达到指标优秀的目的，在铁氧体外围设置了复合介质环，这样的措施提高了器件的工作频带宽度，减小了器件体积。同时，在磁铁外围设置有磁铁环，将磁场限定在一定的区域内，也从另一方面保证了器件的指标性能。上下压合的结构设计使得环形器整体结构非常结实可靠；构成环形器的零部件简单，易于装配调试和大批量生产。
通过图2和图3对比得出，器件在低温环境下依然具有优秀的性能指标，常温下回波损耗能够达到-15dB以下，隔离度20dB以上；极限低温-270℃环境时回波损耗-10以下，隔离度10dB以上，所有指标依然比较好。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种微波铁氧体环形器，其特征在于：包括相对设置的上端盖和下端盖，在所述上端盖背对下端盖的一侧设置有第一凹槽，在朝向所述下端盖的一侧设置有第二凹槽，在所述下端盖朝向上端盖的一侧设置有第三凹槽，在背对上端盖的一侧设置有第四凹槽，在所述第一凹槽内设置有第一磁铁，在所述第二凹槽内设置有第一介质环和第一铁氧体，在所述第三凹槽内设置有第二介质环和第二铁氧体，在所述第四凹槽内设置有第四磁铁，在所述第一介质环和所述第二介质环之间设置有内导体；在所述铁氧体中掺设有金属钆；所述内导体包括中心圆板和由中心圆板向外发射状设置的三个叶片，三个叶片对应三个输出端口；所述第一介质环和第二介质环均为陶瓷环；所述第一介质环和第二介质环的周向均设置有三个输出口，所述输出口为半圆形凹槽；在所述上端盖和下端盖的四周均设置有金属板，各金属板相互配合将所述上端盖、下端盖、第一磁铁、第二磁铁、第一介质环铁氧体、第二介质环铁氧体和内导体包覆在一起；所述金属板包括用于包覆上端面、下端面和右端面的U型板，用于包覆后端面、前端面和左端面的金属挡板，所述金属挡板通过螺钉固定在所述上端盖和下端盖上；所述中心圆板上下对应第一介质环铁氧体和第二介质环铁氧体的中心部分；所述第一介质环和第二介质环均为环体结构，所述第一铁氧体置于第一介质环环内，第二铁氧体置于第二介质环内；在所述第一磁铁和第二磁铁外均设置有磁铁环。
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