CN207852879U - 上下复合式结构微带环行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上下复合式结构微带环行器，属于微波元器件领域，从上至下依次包括永磁体（5）、介质片（4）和底板（2），其特征在于：所述介质片（4）和底板（2）之间设置有低磁矩铁氧体基板（10），所述低磁矩铁氧体基板（10）上表面设置微带电路（3），所述底板（2）上嵌设有高磁矩铁氧体基板（11），所述高磁矩铁氧体基板（11）与低磁矩铁氧体基板（10）相邻；本实用新型有效的降低了高磁矩铁氧体材料不饱和磁化带来的低场损耗，提高了微带环行器的归一化磁矩P，拓展了环行器的工作带宽，工作带宽为7GHz‑13GHz，传输损耗≤0.4 dB，端口驻波≤1.4，隔离≥15。

Description

上下复合式结构微带环行器

技术领域

本实用新型涉及微波元器件领域，尤其涉及一种上下复合式结构微带环行器。

背景技术

环行器是微波工程中一类重要的基础性器件，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。环形器在设备中主要用来实现天线收发共用，级间隔离等问题。微带环形器由于其体积小、重量轻、易于集成的特点，在当代雷达通讯系统发展中具有相当重要的地位，当前最大应用主要是有源相控阵TR模块，随着有源相控阵雷达的发展，对频带更宽、功率容量更大的微带环行器有着紧迫的需求。

传统的微带环形器如图1所示，以铁氧体材料为微带基板即铁氧体基板1，通过溅射设备使铁氧体基板1上下两面金属化，上表面为微带电路，下表面为地，下表面与底板进行焊接，底板同铁氧体下表面形成共地。铁氧体基板1在永磁体的磁化作用下实现信号的环行传输：端口A7传输至端口B8，端口B8传输至端口C9，端口C9传输至端口A7。

图中1介质片4的作用是调节磁场强度及减小永磁体对环行微带电路的影响，补偿片6的作用是调整环行器温度下的性能参数。

传统的功率分配器其技术问题及缺陷主要体现在以下方面：

1.对于低场工作模式下的微带环形器，其旋磁铁氧体基片饱和磁化强度的选择直接影响环行器工作带宽。

旋磁铁氧体材料的饱和磁化强度4πMs同工作频率f的关系如下公式：

4πMs＝P·2πf/γ

γ为电子自旋的回旋磁比，等于2.21×10⁵rad·m/(S·A)

P为归一化饱和磁矩，无量纲，低场工作模式，P一般取值范围在0.3～0.7；

在取值范围内P值越大，环行器可实现的带宽越宽。也就是说采用高磁矩的铁氧体基片对实现器件的宽带有益。

根据微带环行器的传输理论，只需要微带电路中心结下方的铁氧体饱和磁化后，即可最优的实现环行性能，而中心结以外的铁氧体基片只是作为微带基板介质，其磁化后反而不易于器件的性能实现。

但在实际产品工作中，铁氧体基板作为一个整体基片，外加磁场不可能精准的对其中心结区域进行饱和磁化，而不对中心结以外的铁氧体进行磁化。中心结以外区域铁氧体基片的不饱和磁化带来的

低场损耗直接影响产品的工作带宽，特别当归一化磁矩P值越大，材料选取饱和磁化强度越高，带来的低场损耗越大。

传统的微带环行器结构由于结构的限制，无法通过采用高饱和磁化强度的铁氧体材料来拓展带宽。带宽只能实现40%左右，如8GHz-12GHz微带环形器。

发明内容

本实用新型的目的就在于提供一种上下复合式结构微带环行器，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种上下复合式结构微带环行器，从上至下依次包括永磁体、介质片和底板，所述介质片和底板之间设置有低磁矩铁氧体基板，所述低磁矩铁氧体基板上表面设置微带电路，所述底板上嵌设有高磁矩铁氧体基板，所述高磁矩铁氧体基板与低磁矩铁氧体基板相邻。

本实用新型通过在底板中心挖槽，嵌入高磁矩的铁氧体基板，底板上方低磁矩铁氧体基板同底板进行焊接使之形成上下复合式铁氧体基片结构；永磁体同底板构成的外加偏置磁场可以对高磁矩的铁氧体基片进行良好的磁化；通过上述方式，本实用新型有效的降低了高磁矩铁氧体材料不饱和磁化带来的低场损耗，提高了微带环行器的归一化磁矩P，P值可以提高到0.5以上，拓展了环行器的工作带宽。

作为优选的技术方案：所述低磁矩铁氧体基板的饱和磁化强度为1800Gauss。

作为优选的技术方案：所述高磁矩铁氧体基板的饱和磁化强度为2500Gauss。

采用上述饱和磁化强度的低磁矩铁氧体基板和高磁矩铁氧体基板，产品P取值能达到0.7。

如前面所述的，铁氧体基板饱和磁化强度属于高磁矩铁氧体还是低磁矩铁氧体是与其工作频率相对应的。根据旋磁铁氧体材料的饱和磁化强度4πMs同工作频率f的关系如下公式：

4πMs＝P·2πf/γ

γ为电子自旋的回旋磁比，等于2.21×10⁵rad·m/(S·A)

P为归一化饱和磁矩，无量纲，低场工作模式，P一般取值范围在0.3～0.7；

在本领域，一般当P的取值低于0.5即视为低磁矩的铁氧体，当P的取值高于0.5即视为高磁矩的铁氧体。对于低场器件，P值越小，环行器工作带宽越窄，但带内损耗越小；P值越大，环行器工作带宽越宽，带内损耗相对较大。（磁矩=饱和磁化强度）

传统的低场环行器，P值取到0.5以下，只能实现带宽40%，若在传统的结构中P值取到0.5以上，高磁矩铁氧体的不饱和磁化带来的低场损耗直接恶化器件带宽，使得器件带宽不能有效拓展。

本实用新型创新地提出在低磁矩铁氧体基片下方复合高磁矩圆形铁氧体基片，归一化饱和磁矩P取到0.5以上，外加偏置磁场能对规则的高磁矩圆形铁氧体基片进行完全饱和磁化，杜绝了低场损耗的产生，通过性能仿真及产品测试证明，该结构方案能有效拓展器件带宽。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型在传统微带环行器基础上通过嵌入的方式在铁氧体基板下方复合高磁矩的铁氧体基板，高磁矩铁氧体基板集中在中心结下方，外加偏置磁场能均匀的对高磁矩铁氧体基片进行饱和磁化，有效地降低了高磁矩铁氧体材料不饱和磁化带来的低场损耗，传输损耗≤0.4 dB，提高了微带环行器的归一化磁矩P，拓展了环行器的工作带宽，工作带宽为7GHz-13GHz，端口驻波≤1.4，隔离≥15，实现微带环行器的宽带匹配。

附图说明

图1为本实用新型现有技术的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的环形器损耗仿真结果图；

图4为本实用新型实施例的环形器隔离仿真结果图；

图5为本实用新型实施例的环形器驻波仿真结果图。

图中：1、铁氧体基板；2、底板；3、微带电路；4、介质片；5、永磁体；6、补偿片；7、端口A；8、端口B；9、端口C；10、低磁矩铁氧体基板；11、高磁矩铁氧体基板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例：

参见图2，一种上下复合式结构微带环行器，从上至下依次包括永磁体5、介质片4和底板2，所述介质片4和底板2之间设置有低磁矩铁氧体基板10，所述低磁矩铁氧体基板10的饱和磁化强度为1800Gauss，所述低磁矩铁氧体基板10上表面设置微带电路3，所述底板2上嵌设有高磁矩铁氧体基板11，所述高磁矩铁氧体基板11的饱和磁化强度为2500Gauss，所述高磁矩铁氧体基板11与低磁矩铁氧体基板10相邻；

本实施例通过在底板2中心挖槽，嵌入高磁矩铁氧体基板11，底板2上方低磁矩铁氧体基板10同底板2进行焊接使之形成上下复合式铁氧体基片结构；永磁体5同底板2构成的外加偏置磁场可以对高磁矩铁氧体基板11进行良好的磁化；

本实施例得到的微带环行器，工作带宽为7GHz-13GHz，传输损耗为0.4 dB,归一化磁矩P为0.7，端口驻波为1.4，隔离为15dB。

本实施例的环形器，损耗仿真结果如图3所示，隔离仿真结果如图4所示、驻波仿真结果如图5所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种上下复合式结构微带环行器，从上至下依次包括永磁体（5）、介质片（4）和底板（2），其特征在于：所述介质片（4）和底板（2）之间设置有低磁矩铁氧体基板（10），所述低磁矩铁氧体基板（10）上表面设置微带电路（3），所述底板（2）上嵌设有高磁矩铁氧体基板（11），所述高磁矩铁氧体基板（11）与低磁矩铁氧体基板（10）相邻。

2.根据权利要求1所述的上下复合式结构微带环行器，其特征在于：所述低磁矩铁氧体基板（10）的饱和磁化强度为1800Gauss。

3.根据权利要求1所述的上下复合式结构微带环行器，其特征在于：所述高磁矩铁氧体基板（11）的饱和磁化强度为2500Gauss。