CN87205017U - 微波环行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一微波准集中参数环行器。包括至少一个铁氧体圆片，至少一个接地导体平面及平面中心导体。平面中心导体有至少三个端口和短截线。相邻端口与短截线中心轴线的夹角相等。各短截线分别通过一容量相同的集中电容元件与接地导体平面联接，各端口也通过另一容量相同的集中电容元件与接地导体平面联接或与传输线联接。铁氧体圆片处在恒定磁场的磁化下。本实用新型与集中参数环行器比较，具有结构简单、频率范围宽等优点。

Description

微波环行器

本实用新型涉及一种微波环行器。

众所周知，在现有技术中存在各种类型的分布参数环行器及集中参数环行器。这类器件的共同特点就是利用微波铁氧体材料的旋磁特性以产生器件的非互易特性。

其中，分布参数环行器适于在较高的微波频段工作。在日本，Y.Ito和H.Youchouchi在″Microwave    Junction    Circulator″Fujitsu    Scientific    Technical    PP55－901969文章中提出了一种如图1所示的分布参数环行器结构。

具有这种结构的分布参数环行器在平面中心导体上增加了三条短截线24、25、26，它们在中心圆结28处起到阻抗互配作用，从而使该种器件容易实现宽带化。这种结构在分布参数环行器中得到广泛应用。但是，在较低的微波频段，如50～2000MHZ，由于分布参数环行器的尺寸较大，使其在微波低频段的应用受到很大限制。因为分布参数环行器的最大特点就是要求平面中心导体的尺寸必须与工作波长成正比，即工作频率越低，相应环行器的尺寸就越大。针对分布参数环行器的尺寸问题曾提出过方案，例如1972年美国发明专利第3636479号及V.E.Dunn    etal在IEEE    Trans.on    MTT，Vol.1611968，12，P.1060文章中提出的缩小分布参数环行器尺寸的方案。但由于分布参数器件的固有特性，这些方案都没有能从根本上解决问题。

为克服分布参数环行器在低频段的弱点，出现了各种集中参数环行器1970年美国发明专利第3538459号提出了一种如图2所示的典型的集中参数环行器结构。这种器件的原理是利用交叉电感带通过旋磁介质相互耦合，从而得到器件的非互易特性。这里各端之间的等效电路如图3所示。图3中电容52表示的是图2导体圆片41与43间夹有介质片42所构成的电容，其作用是改善中心圆结的阻抗匹配。电容元件51的作用是补偿中心导体呈现的几乎为纯电感的阻抗。这种器件目前在微波低频段得到了广泛的应用。但由于这种器件的中心导体采用的是交叉电感带，使其结构变得非常复杂，这给该种器件带来了两大缺点。首先，由于生产难度较大，从而造成器件的生产成本提高，其次，这种器件只适于在很低的频率范围内工作，如50－2000MHZ。在更高的频段，由于中心导体的电感量很难降低，而且电感带交叉部份电容的影响过大，使这种器件工作频率的提高受到限制。

由此可见，在集中参数环行器与分布参数环行器各自最适用的频段间存在一段空白。为了填补这段空白，美国发表专利第4174506号提出了一种方案，其结构如图4所示，器件的中心导体由平面集中参数电感带构成。这种器件的工作原理是利用中心结处的电感带所产生的高频磁场在铁氧体的旋磁特性作用下使器件呈现非互易特性。但由于高频磁场只在电感带附近才最强，很难保证磁场在足够大的区域中与旋磁介质相互作用，使器件的非互易特性受到影响。

本实用新型的目的，在于提供一种新结构的微波环行器。使之具有优异的非互易特性、小型化、结构简单及适用频率复盖面宽的特点。

本实用新型是针对分布参数环行器与集中参数环行器各自存在的缺点，提出的一种改进方案。它不以集中参数电感带构成中心导体。其设计思想是：在缩小了尺寸的含有至少三个端口及短截线的分布参数平面中心导体上加了一组起补偿作用的集中电容元件，从而实现了器件的小型化。因为当中心导体尺寸远小于工作波长时，中心圆结阻抗呈感性。我们知道，带线及微带环行器的非互易特性主要来源于中心导体的中心圆结附近高频磁场所受到的铁氧体旋磁特性的作用。所以只要设法将高频磁场能量相对集中在中心圆结附近，而将高频电场能量大部集中在电容元件中，这样，在不影响器件的非互易特性的情况下，用集中电容元件代替分布参数平面中心导体的大部份分布电容。根据上述原理，本实用新型在平面中心导体各端口与接地导体平面之间各自接有一容量相同的集中电容元件，在平面中心导体各短截线与接地导体平面之间各自也接有另一容量相同的集中电容元件，以补偿中心导体尺寸缩小的部份。由于这时仍有一部份高频电场能量存在于平面中心导体与接地导体平面之间的分布电容中，这种结构实际是一种准集中参数结构，其基本结构如图6所示。在更低的频段，（如1000MHz以下），由于这时中心圆结部份的电感过小，则可采用图8所示的电容联接方案。这种串联电容式的联连方案在电感部份较小时，可保证工作频宽不致过小。

平面中心导体的形状是以穿过其中心的垂线为旋转轴的至少三重旋转对称性的图形。中心圆结半径必须保持一定尺寸，使高频磁场可与旋磁介质有足够大的相互作用区域，从而保证器件的非互易特性。

对于微带结构，环行器仅有一层铁氧体基片，而对于带线结构，中心导体是夹在两片铁氧体材料之间。

由于本实用新型采用了集中电容元件与分布参数中心导体相联接，使器件同时兼有集中参数环行器与分布参数环行器各自的优点。不但其工作适用频率范围较广，可以复盖集中参数与分布参数环行器各自可用频率范围之间的空白，而且由于其结构简单、生产成本低，所以在1000MHZ以下的低频段还可以取代集中参数环行器。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。

附图1－附图5为现有技术中带线及微带环行器结构示意图。

附图1为通常的分布参数环行器结构示意图。图中由带有三个端口21、22、23及三条短截线24、25、26构成平面中心导体，铁氧体20处在垂直恒定磁场30的磁化下。

附图2为通常的集中参数环行器结构示意图。这种结构包括三个端口21、22、23，并由交叉电感带构成中心导体。21、22、23各端接有电容元件51，电容元件51的另一端接在导体圆片41。42为电介质圆片，43为导体圆片，铁氧体20处在垂直恒定磁场30的磁化下。

附图3为附图2结构示意图中各端间的等效电路图。

附图4为另一种集中参数环行器示意图。图中，中心导体上有21、22、23三个端口，它们各自通过电容元件51接在导体圆片41上。42为电介质圆片，43为导体圆片，52为无耗网络，铁氧体20处在垂直恒定磁场30的磁化下。

附图5为附图4示意图中各端间的等效电路。

附图6－附图11为本实用新型的具体实施例及二个替换方案。

附图6为本实用新型的一种实施例的结构示意图。

附图6中，平面中心导体为Y形，其中有三个端口21、22、23通过传输线径向延伸出来，各端口中心轴线间的夹角相等，并各自通过一个相同容量的集中电容元件与接地导体平面联接。平面中心导体上另外还有三条短截线25、26、27，其中心轴线间的夹角同样相等，它们各自也通过一个相同容量的集中成容元件53与接地导体平面联接。并且各短截线中心轴与相邻两个端口的中心轴线的夹角相等。图中，铁氧体圆片20被置于平面中心导体与接地导体平面之间，并处在外加恒定磁场30的磁化下。由于电容元件51、53的补偿作用，平面中心导体27的尺寸可设计得远小于工作波长。这时平面中心导体的中心圆结呈感抗。

附图7为附图6所示结构示意图各端间的等效电路图。图中，电容52表示平面中心导体与接地导体平面间的分布电容。由图中可以看出，24、25、26各端所接的集中电容元件53构成了中心阻抗匹配网络，起到了展宽频带的作用。

附图8为本实用新型的另一种实施例。

图中，电容51的一端与平面中心导体的端口21、22、23联接，另一端与传输线联接。短截线24、25、26与接地导体平面之间仍接有电容元件53。

附图9为附图8所示结构的等效电路。

附图10为环行器平面中心导体为三角形的平面中心导体形状示意图。

附图11为环行器平面中心导体为圆形的平面中心导体形状示意图。

附图10和附图11都是本实用新型平面中心导体的替换方案。可以看出，它们都是包括在以穿过该平面中心导体的中心垂线为旋转轴的至少三重旋转对称图形的范围之内。

Claims (4)

1、一种微波环行器，它包括含有至少三个端口及短截线的平面中心导体、至少一片铁氧体圆片及至少一个接地导体平面，其特征在于：在平面中心导体各端口与接地导体平面之间各自接有一容量相同的电容元件，在平面中心导体各短截线与接地导体平面之间各自也接有另一容量相同的电容元件。

2、一种微波环行器，它包括含有至少三个端口及短截线的平面中心导体、至少一片铁氧体圆片及至少一个接地导体平面，其特征在于：在平面中心导体各端口与传输线之间各自接有一容量相同的电容元件，在平面中心导体各短截线与接地导体平面之间各自也接有另一容量相同的电容元件。

3、根据权利要求1、2所述的微波环行器，其特征在于所述的中心导体平面各端口的中心轴线的夹角相等，各短截线的中心轴线的夹角相同。且各短截线中心轴线与相邻两个端口的中心轴线的夹角相等。

4、根据权利要求3所述的微波环行器，其特征在于所述的平面中心导体形状为Y形、三角形或圆形。

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