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.     

丝网印刷六角铁氧体厚膜热压烧结工艺与性能研究进展

自偏置是毫米波环行器/隔离器小型化的重要途径之一,具有高内场和高剩磁的六角铁氧体是一种很好的自偏置材料,因而成为微波铁氧体材料的研究热点。综合报道了国内外自偏置BaM六角铁氧体厚膜的丝网印刷热压工艺研发进展及性能与工艺参数的关系。比较了不同烧结温度和保温时间下,热压厚膜与普通烧结厚膜的密度、晶粒尺寸、矩形度(M_r/M_s)、饱和磁化强度4Ms、矫顽力Hc和铁磁共振线宽H。分析了性能之间以及性能与显微结构的关系。基于高矩形度所需晶粒尺寸的公式,讨论了矩形度与烧结温度、保温时间、成型磁场的关系,探讨了提高剩磁的途径;着重比较了不同工艺条件下的BaM厚膜的铁磁共振线宽,通过H来源分析,讨论了密度、取向度、内应力、固相反应完成程度等因素的影响,提出了进一步减小丝网印刷热压BaM厚膜线宽的途径。最后指出,丝网印刷热压BaM厚膜虽然在降低线宽上取得了显著进展,获得210 Oe的最小H值,但离器件对自偏置材料低损耗的要求还有差距,仍需进一步努力。     

Ka波段自偏置微带边导模隔离器仿真设计与性能

基于M型锶六角铁氧体的高各向异性场,采用HFSS软件设计了中心频率在28.2GHz的自偏置边导模隔离器。仿真结果表明,在28.2GHz附近,插入损耗为6dB,隔离度大于38dB,20dB以下隔离带宽约为3.5GHz。采用传统固相反应法制备SrM六角铁氧体材料基片并用丝网印刷工艺实现基片上的微带电路,根据设计的结构参数制备了自偏置边导模隔离器。测试结果表明,该自偏置隔离器在27~29GHz范围内,表现出强烈的非互易性,插入损耗小于10dB,最大隔离度大于45dB。由于不需要外加偏置磁场,器件实现了小型化,宽频带,仿真与实测吻合得较好。     

磁化状态对自偏置微带环行器性能的影响

基于钡铁氧体材料设计并制作了中心频率在22GHz的自偏置环行器,仿真结果表明,在22.6GHz附近,插入损耗小于0.2dB,隔离和回波损耗均大于30dB。测试结果表明,无外加磁场、铁氧体没有达到磁化饱和时,在22GHz处,器件插入损耗为2.9dB,隔离损耗接近50 dB。为了研究磁化状态对自偏置环行器性能的影响,在测试时施加弱磁场,插入损耗最小值为1.57 dB,出现在频率22.6 GHz处,对应的隔离度为11.4 dB;当施加强磁场时,插入损耗最小值为1.1 dB,对应的隔离度为11.6 dB;对比施加强弱磁场时的测试结果,可发现随外磁场增强,在22.6GHz处插入损耗降低,但是在22GHz处的隔离度变小。     

X波段铁氧体微带环行器阵列封装设计与仿真

对一种新型的X波段瓦片式相控阵雷达中铁氧体微带环行器阵列(4×4)封装结构展开研究,设计了一种小体积、高密度的微带环行器阵列封装形式。基于HFSS三维仿真软件对该环行器阵列进行仿真,在满足其环行功能的同时,实现了环行器与天线和T/R组件的垂直互联。仿真结果表明,在8.7～12 GHz范围内,环行器阵列正向插入损耗(S12)小于0.52 dB,反向隔离度(S21)和回波损耗(S11)均大于20 dB。     

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.     

Sr~(2+)取代对Z型六角铁氧体性能的影响

采用固相反应法制备Z型六角铁氧体(Ba1-xSrx)3Co2Fe24O41材料。研究了Sr2+取代对Z型六角铁氧体显微结构和电磁性能的影响。结果表明,Sr2+取代量x≤0.5时,随着取代量的增加,平均晶粒尺寸和烧结密度增加,1200℃烧结时,材料的起始磁导率从x=0的4.8增加到x=0.5的16.5,同时矫顽力减小;进一步增加取代量时,材料的起始磁导率下降,并且其矫顽力增大。x=0.5时,材料具备高的磁导率(1250℃烧结时为17)、较高的截止频率fr和磁品质因数Q,以及较低的矫顽力Hc。     

基于铁氧体材料(YIG)的微带环行器设计与仿真

以高纯度的Y2O3、Fe2O3为原料,用固相反应法制备Y3FesO12( YIG)材料,通过VSM、SEM、Agilent 4291B对材料样品进行分析、测试.结果表明,所制备的YIG材料介电常数大约为15,饱和磁化强度μ0Ms约180mT.基于该材料设计环行器,利用Ansoft HFSS仿真软件建立三维电磁场仿真模型...     

高频高Q值Z型六角铁氧体材料研究

采用传统的陶瓷工艺制备了Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)六角晶系铁氧体材料。对烧成过程(预烧温度,烧结温度及烧结气氛)及微观结构和相成分进行了研究。结果表明,改变烧结气氛能有效地提高材料的高频磁性能:预烧温度1260℃、氧气氛中1220℃烧结材料在1GHz下的μ′=8.2,Q=15.05,其中起始磁导率μi=5.99,截止频率fc1.8GHz,共振频率fr1.8GHz。     

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。     

高功率带线结环行器仿真和温度补偿设计

介绍了L波段高功率带线环行器(隔离器)的仿真与温度补偿设计方法,利用HFSS软件优化设计了一款高功率带线结型环行器,实现器件主要技术指标:工作频段L波段,正向损耗α_+≤0.4d B,平均承受功率≥500W,反射功率≥300W,峰值功率5000W。并对仿真与实测结果进行了比较,验证了设计方法的可靠性。     

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。     

基于微扰理论的毫米波铁磁共振线宽测试

应用电磁场微扰理论,参照IEE556标准建立铁磁共振线宽测量系统,用传输式谐振腔法设计新的波谐振腔体,可在33GHz下测试旋磁材料的铁磁共振线宽,并分析了测试误差,解决了目前毫米波六角材料的线宽测试问题。     

微波铁氧体器件三阶交调效应机理分析及设计验证

推导了在有大信号微波功率加载条件下铁氧体进动方程的展开式,结合高场圆盘结环行器中微波传播的模式特点及边界条件,得出了三阶交调电场的表达式。通过编程计算,得到了结式环行器三阶无源交调与输入信号幅度、外加磁场强度间的关系。根据计算结果,用HFSS仿真并制作了一款高场结式环行器,并对该环行器三阶交调性能进行了测试,测试结果与理论分析较为吻合,为通信用低交调指标环行器/隔离器提供设计指导。     

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|.     

小球表面粗糙度和温度对石榴石多晶铁氧体铁磁共振线宽的影响

用普通陶瓷工艺制备小线宽石榴石多晶铁氧体材料,用压缩空气吹磨法和研磨膏研磨法对石榴石小球表面进行了抛光,按GB9633(等同采用IEC60556)标准)在9.37GHz下测量了小线宽石榴石铁氧体材料的铁磁共振线宽ΔH。讨论了ΔH与抛光粉粒度的关系,比较了压缩空气法与研磨法的抛光效果。在7?30℃环境温度区间,测量了小线宽材料的ΔH随温度的变化。