基于PCB工艺的X波段嵌入式铁氧体微带环行器设计

提出了一种基于印制电路板(PCB)工艺的嵌入式微带环行器设计思路。以相应的结环行器设计理论为基础,通过电磁仿真软件进行仿真优化,设计了一种基于PCB工艺的嵌入式X波段双结微带环行器。对实验样机进行了测试,结果显示该微带环行器在8～12GHz范围内具有良好的环行性能:端口电压驻波比小于1.4,单结隔离度大于17 dB,单结传输损耗小于0.5 dB,双结传输损耗小于1.2 dB,双结隔离度大于28 dB,证明了该嵌入式微带环行器设计思路的可行性。在系统集成化水平越来越高的今天,该设计具有一定的应用潜力。     

多倍频程MEMS硅基微带环行器设计

作为一种基于微机电系统(MEMS)的微波磁性器件，MEMS微带环行器的核心结构是一种异质嵌套结构，即将微波铁氧体嵌入到基于晶圆级键合封装工艺的硅腔体中。相较于传统的金属薄膜微带线直接分布在铁氧体材料上的微带环行器，MEMS微带环行器具有工艺一致性好、生产效率高、性能更佳等优势。此外，常规全磁环行器在满足器件宽带高功率要求方面存在技术瓶颈，而MEMS环行器方案能够较好地解决这一问题。基于环行器结构、原理和损耗分析，结合ANSYS仿真分析，采用MEMS体硅工艺，设计了一款多倍频程微带环行器，最终实现尺寸为8 mm×8 mm×2.5 mm、工作频率为5～13 GHz、器件插损小于1 dB、电压驻波比小于1.6、隔离度大于12 dB的器件，并实现了器件的批量化制作。     

基于复合铁氧体基片的三倍频程超宽带微带环行器设计与仿真分析

通常利用单一铁氧体材料制成的微带环行器难以有超倍频程的带宽。根据一般微带环行器的设计理论,利用两种不同的铁氧体材料构成的复合基片设计并制作了一种工作在三倍频程带宽的超宽带微带环行器。仿真结果表明,该环行器在6~18 GHz的工作频带内,插入损耗(|S12|)小于1 d B,回波损耗(|S11|)大于20 d B,隔离度(|S21|)约19 d B,满足超宽带微带环行器的设计指标。除在整个工作频带内插入损耗有所增加且在低频段的6~6.5 GHz内出现了低场损耗外,实测结果与仿真结果基本吻合。文末讨论了实测结果和仿真结果之间出现低场损耗等差异的原因。     

超宽带小型化微带环行器的设计与仿真

设计了一种超宽带小型化双Y结微带环行器,阐述了微带环行器的工作原理、设计理论和方法。在理论分析的基础上,结合计算机辅助软件AppCAD,分别计算出了大小Y结的尺寸,利用HFSS软件进一步对环行器进行建模、仿真,并且根据小Y结尺寸对于环行器带宽的影响,对其进行了优化处理。结果表明,该环行器在7.5～12.5GHz范围内,插入损耗小于0.1dB,隔离度大于20dB,电压驻波比小于1.22,相对带宽大于50%,仿真数据均满足设计要求和性能指标,也满足了环行器小型化的设计要求。     

小型化微带环行器的设计与仿真

为了降低微带环行器的平面尺寸,满足器件小型化需求,采用三维电磁仿真软件HFSS设计了不同结构(单Y结、双Y结和鱼刺结)的微带环行器.仿真结果表明:与单Y结和双Y结微带环行器相比,鱼刺结微带环行器可以显著减小器件的平面尺寸,提高铁氧体基片的有效使用面积.在中心频率处,鱼刺结微带环行器的反射、隔离度和插入损耗分别为33.8、48.6和0.17 dB,电压驻波比为1.05,带宽高于300 MHz,满足器件的性能要求.     

Ka波段微带环行器设计与HFSS仿真

设计了一种Ka波段微带结环行器,阐述了微带环行器的工作原理、设计方法与仿真过程。在理论分析的基础上,计算出圆盘结和"大Y结"尺寸。利用三维结构电磁场仿真软件Ansoft HFSS进行建模、仿真分析,并对其进行优化处理。实验结果表明,该微带环行器在31~40GHz范围内,插入损耗小于0.3dB,电压驻波比小于1.2,隔离度大于20dB,相对带宽大于25%,仿真数据及实验结果满足设计要求。     

S波段四端口差相移式大功率环行器设计

结合四端差相移式环行器的工作原理,用准静态微扰法估算了差相移量,并采用HFSS软件对环行器及部件进行了仿真优化,成功设计了一种S波段四端差相移式环行器。该环行器带宽达到15%,插入损耗小于0.4dB,隔离度大于20 dB,电压驻波比小于1.15,环行器在自然冷却状态下通过峰值功率200 kW,平均功率2.4 kW,满足系统使用需求。     

一种Ka波段高功率微带隔离器设计

设计了一种工作在Ka波段、带宽为4 GHz、功率容量为2 W的微带隔离器.此隔离器要求的工作频带宽,外形尺寸小,功率容量大.通过对微带隔离器工作模式分析,对环行器部分和负载部分进行设计,采用双Y结环行器电路设计和蛇形开路负载设计,以达到增大带宽和提高功率容量的目的.建立初步仿真模型,并通过HFSS软件进行全波仿真优化,最终设计的隔离器性能为:电压驻波比≤1.45,正向损耗≤1.2 dB,反向损耗≥15 dB,承受功率2 W,外形尺寸为5 mm×5 mm×4 mm,满足通信系统应用要求.     

准平面化微带环行器优化设计与仿真

采用HFSS仿真软件优化设计了一款准平面化微带环行器,探究铁氧体基板厚度h、中心圆盘半径R以及大小Y结尺寸对环行器性能的影响.结果表明,厚度h和半径R影响铁氧体与电磁波的耦合强度以及环行器的端口阻抗匹配,随着厚度h的增大,环行器的中心频率f0先增高后降低;同时增大半径R会降低"+"模和"–"模的谐振频率,使环行器的中心频率f0移向低频;采用 λg/4波长变换器作为大Y结,回波损耗|S11|和隔离度|S12|随着大Y结长度LY或宽度WY的增加均呈现先增大后减小的趋势,中心频率f0会随着大Y结长度LY的增加或宽度WY的减小逐渐向低频移动;采用双Y结可增大环行器的带宽,与小Y结的长度LY不同,宽度WY对中心频率f0影响不大,同时减小小Y结的尺寸可降低插入损耗|S21|,增大回波损耗|S11|和隔离度|S12|.     

温度稳定的宽带集中参数环行器

推算了一种包括微带集中参数环行器杂散电抗的等效电路,业已表明带宽30%的宽带环行器是可以实现的。为了获得宽温宽带特性,又计算了铁氧体和永磁体所必需的温度系数。研究了低温度系数的新铁氧体材料和制作薄膜交迭结构新工艺。实验证明,径向磁化场在带宽和损耗方面都改善了环行器特性。试制的环行器特性如下:温度范围是-10℃～ 60℃,中心频率1.7GHz,在450MHz的带宽范围内VSWR<1.2,损耗1.0dB,隔离>20dB。     

高隔离度双极化微带天线阵的设计

本文介绍了一种新型高隔离度2×2双极化微带天线阵的设计。该天线阵列采用多层贴片,H型缝隙耦合结构,馈网设计中应用错位倒相技术,获得了较高的性能。利用微波仿真软件HFSS进行仿真,结果表明天线2个端口的驻波比小于2的相对带宽均达到12.5%;在工作频带内其双端口隔离度S21高于48dB;并且2个极化端口在其对应主平面方向的交叉极化电平均低于-38dB。此天线可作为新一代多极化SAR系统天线的子阵。     

表面开槽的宽带遥测微带天线设计

微带天线由于体积小、易共形、适用于金属环境等优点而被广泛地应用于旋转件遥测系统中。针对传统微带遥测天线带宽较窄的问题,本文提出了一种通过在天线贴片和地板上开槽来扩展带宽的设计方法,并进行了仿真和测试验证,二者结果吻合良好。高频电磁结构仿真软件HFSS的仿真结果表明,通过在适当位置开槽,可使得天线的相对阻抗带宽(S11<-10dB)达到5.6%(2.409~2.545GHz),基本覆盖ISM频段,最高增益可达4dBi。测试结果表明其相对阻抗带宽为6%(2.41~2.56GHz),在收发天线间距10毫米的情况下,传输系数S21达到-22dB,可以满足遥测系统的需求。     

Ka波段小型化自偏置微带环行器的设计与仿真

为了满足环行器小型化和集成化的需求,基于0.4 mm厚的锶六角铁氧体材料,采用多枝节短截线阻抗匹配设计,利用HFSS软件进行仿真,制备了工作在Ka波段的自偏置环行器。测试结果和仿真结果基本吻合。测试结果表明环行器工作在29 GHz附近,插入损耗3.4 dB,隔离度29.5 dB。分析了插入损耗的主要来源以及改进措施。     

用窄线宽石榴石材料改善微波器件

我们发展了温克尔等人提出的新的多晶微波石榴石材料中的两种特别有兴趣的材料,其线宽小于10奥。测量了以下特性: 成分 4πMs(高斯) Tc(度) △H(奥) Y_(2.9) Ca_(0.1) Fe_(4.2) Ge_(0.1) In_(0.7) O_(12) 1520 130 7 Y_(1.6) Ca_(1.4) Fe_(3.9) V_(0.7) In_(0.4) O_(12) 900 190 7 我们把这些新材料应用到3.7GHz和8.5GHz之间不同频段的同轴和波导环行器中。这些环行器的品质因数约为600,比较之下普通石榴石材料装置的环行器为200。不出所料,降低了器件的插入损耗,一般小于0.1dB。这些四端环行器对于参量放大器应用具有很大的吸引力。最后证实了这些多晶材料应用于磁调多晶带通滤波器的可能性。     

薄膜集成集总元件环行器

介绍一种采用“空气隔离”工艺,可用于微波集成电路(MIC)的双调谐集总元件环行器。对同相激励本征电感和寄生电抗进行分析,使器件设计值与实验结果较一致。又对样品背面的宽带接地网络,特别是对“隙缝”电容作用考虑,简化了电路,而仍能宽带工作。环行器芯片如钮扣,能方便地同其它MIC元件连接。器件使用的旋磁样品被一种特殊的放射状磁化场磁化,旋磁样品和永磁体共约3克。在f_o=1.5GHz,反向损耗α__≥20dB,相对带宽Δf/f_o≥30％环行器工作温度为-40～ 55℃,耐冲击加速度100g。给出了一支工作在-55～ 70℃,20dB反向损耗和带宽43％的环行器特性。环行器内接匹配负载制成的集成隔离器通过功率(?)≥4W。     

采用四臂螺旋结构的紧凑圆极化RFID读卡天线

提出了一种紧凑新型平面四臂螺旋天线,用于满足超高频(UHF)频段射频识别(RFID)阅读器小型圆极化的设计要求.天线由印制在FR4介质板的4个倒F阵元组成,通过对阵元的折叠及连续相位旋转法布阵,可以有效的减小天线的尺寸;采用改进的微带功分馈电网络及新的耦合匹配方法,提高了圆极化天线的轴比带宽和增益.天线尺寸为56 mm×56 mm×8 mm,在保持相当性能的同时,设计天线与相关参考文献设计天线相比,面积降低12.9％到86.1％.测试结果显示S11＜-10 dB覆盖870～950 MHz频段,仿真结果显示带内轴比＜2 dB,峰值增益为2.8 dB,波束宽度＞120°,交叉极化＜-15 dB.     

四毫米波段环行器的实验研究

本文叙述四毫米波段环行器的实验研究结果。研制成了性能较优良的小损耗环行器(插损≤0.7dB,反向隔离≥20dB,带宽2GHz)和频带较宽的环行器式隔离器(插损≤1.0dB,反向隔离≥18dB,带宽为8GHz)。在毫米波波段,制作器件的困难是小尺寸,高精度,样品加工的对称性等。实验中,采用了铁氧体球形样品,简化了毫米波段小样品的磨制工艺。     

毫米波多层结构表面贴装铁氧体环行器设计

随着通讯技术的发展,阵列天线的应用导致环行器的需求量迅猛增加。为适应微波组件集成化的批量生产工艺要求,急需解决环行器表面贴装技术难题。环行器实现表贴结构形式,通常有三种工艺途径,即低温共烧(LTCF)、MENS和多层印制电路板(PCB)叠片工艺。阐述了8 mm多层PCB结构表贴式环行器的设计。采用带状线环行器的设计方案,电路制作在印制电路板上,利用多层PCB工艺进行制作。为了形成一体化,电路两面用金属化过孔连接。信号通过金属化过孔引到底面与端口线连接,形成表贴结构。通过仿真优化,在27~30 GHz的频率范围内,器件的损耗小于0.83 d B,隔离度大于15.5 d B,输入端口电压驻波比小于1.63。     

低成本X波段微带参量放大器

研制了一种采用平面印刷线路技术而得到低成本和高可靠性的X波段微带参量放大器。简述了在低损耗YIG基片上微带四端环行器和参放级的设计,在聚四氟乙烯纤维玻璃板上31GHz微带泵源的设计和同一频率用集成的尾翼状电路形式的泵源的设计。     

X波段高功率差相移式波导环行器优化设计

有异于低频段大尺寸高功率波导环行器的设计思路,设计一种工作频率在X波段的高功率差相移式波导环行器。针对决定其功率容量的铁氧体加载部位——90°差相移器,采用了非对称铁氧体加载、单套闭合磁路和水冷散热结构,并对构成差相移环行器的魔T和3dB电桥部件的传统结构进行了创新优化改进。设计的X波段波导环行器实现了峰值功率高于200kW、平均功率高于4kW、工作带宽900MHz等关键指标。