带线环行器的设计综述

一、引言带线结环行器的发展从 U.Milano的第一篇带线结 Y 形环行器的论文发表以来已有廿多年历史,至今已能生产出各种优良的产品,设计上可以算是成熟了。理论上也在不断发展,H,Bosma 从场理论对带线结进行了基本分析,为环行器研究打下了初步的理论基础;以后 C.E.Fay 和 R.L.Comstook 对环行器的基本工作原理进行具体分析,给工程设计提供了依据;到了七十年代,Y.S.Wu和 F.J.Rosenbaum 对跟踪式环行器     

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。     

中心插棒式H面波导环行器

本文介绍了一种中心插棒式H面波导环行器.实验表明,环行器的带宽约达18％,插入损耗约为0.8dB。     

温度稳定的1.7GHz宽带集中参数环行器

本文提出了温度稳定的宽带集中参数环行器的一种新的结构技术,制得了供实际使用的小型环行器。通过采用在结基片背面做上三个串联谐振电路构成的集成宽带网路,成功地制成了1.7GHz双调谐和三调谐宽带环行器。通过试验,研究了同相本征电感,寄生电容,非互易填充因子等基本结参数。本文还提出了集中参数环行器的温度补偿设计理论。采用正温度系数偏磁场的温度补偿已用于1.7GHz宽带环行器,得到了温度范围为-10—— 60℃,隔离为20dB,带宽大于600MHz(双调谐型)和950MHz(三调谐型)的环行器。     

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.     

毫米波铁氧体隔离器性能的最佳化

几年前,在文献[1]中表明:局部充满铁氧体的环行器的频率特性,与切比雪夫型相近。但是还没有这种环行器的理论,故需要利用文献[1]中提出的模式加以证明。最近,文献[2]中报导了具有切比雪夫频率特性的丫环行器的构成。本文旨在深入研究工程制作具有最崖性能的铁氧体隔离器的方法。我们选定了铁氧体隔离器的等效电路,这种隔离器由H面环行器组成,其一端接入负载[3](图1)。隔离器在中心频率是一个理想的环行器,在其他的频率下,环行不理想;反方向的     

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。     

3 mm波段宽带混频器的设计

混频器广泛应用于通信接收系统,随着微波通信系统向高频段方向发展,高频段的毫米波混频器成为了重点研究毫米波器件之一。介绍了一种结构新颖的毫米宽带混频器的设计,本振信号由矩形波导向悬置微带线引入,射频信号由矩形波导向鳍线引入,一对肖特基二极管搭在悬置微带线和鳍线之间构成了平衡混频电路,经仿真验证,设计出的毫米波宽带混频器在75~105 GHz的工作频率上,变频损耗优于12 dBm,各端口之间的隔离度也优良,且该混频器具有结构简单、易于加工等优点。     

V波段宽带混频器的设计

宽带混频器由于其工作带宽大,变频损耗低,在通信、雷达以及微波毫米波测试仪器等系统得到广泛的应用。介绍了一种V波段鳍线单平衡混频器的设计过程并给出了测试结果。从单平衡混频器的基本原理出发,阐述了鳍线单平衡混频电路和矩形波导到鳍线的过渡结构的设计。最后制作出的宽带混频器在射频频率为50～75GHz的整个V波段内,变频损耗小于10dBm,并有良好的变频损耗平坦度。     

双丫结微带环行器的设计

本文给出了一种双丫结环行器的设计方法．基于环行器结本身的谐振电路模型理论，得出环行器外部性能参数与结阻抗的关系，通过对丫结进行场分布分析，从而确定结构尺寸．     

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|.     

集中参数环行器的设计

从本征值和本征矢量的概念出发,对集中参数环行器进行了理论处理,利用非互易结电感加串联电容,同时在结中心附加并联补偿回路形式的等效电路,求出集中参数环行器最佳带宽的工作条件,并在实验上进行了初步验证。     

带线三角结环行器的小型化研究

带线结环行器的小型化是当今微波铁氧体器件的研究热点之一。本文研究对象为带线三角结环行器,其正、负旋转本征模式的截止数kA决定了环行器的尺寸大小。通过有限元分析方法,研究了kA值与三角结中心谐振导体形状的关系。提出了对三角结中心谐振导体开槽的方法,来减小三角结中心导体的边长尺寸,从而实现环行器的小型化。实验仿真表明该方法在实现带线三角结环行器小型化的同时,使其性能完全满足GSM基站对于环行器的指标要求。     

微带环行器的宽带工作原理

利用Bosma的Green函数分析预示了Y结带线和微带环行器的倍频程带宽工作原理。发现耦合传输线的宽度是重要的设计参数。提出的理论和实验结果表明,宽线和比通常为小的园盘半径可用来得到宽带宽操作。报道的微带环行器工作在7-15GHz。还提出了Y结环行器的输入阻抗和近似等效电路的分析,表明了Bosma等效电路和Fay及Comstock等效电路之间的关系。     

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。     

带线环行器的小型化

为研制适用于微波集成电路的小型三端环行器,从“匹配”的观点重新研究了带线环行器。首先求出了一般对称三端回路变成环行器所必需的附加匹配回路的阻抗条件。再以可能运用于三端及微带线形状的形式,把对于本征矢量激励的结的阻抗代入进去,从而导出了对于任意的铁氧体圆片尺寸,即任意的圆形结的直径的匹配条件,接着举了数值计算例子,作为一个特例,求出对于均匀线路的匹配条件,作了这种情况下的数值计算,而且以此结果为基础,提出了线路曲折方式作为小型化的方法,叙述了用这种方法进行小型化的大致估计,用以上结果设计的微带环行器的中心频率和带宽的设计值与实测值取得了良好的一致。进行了伴随小型化以带宽和损耗的研讨,获得了有实用性的小型化环行器。     

毫米波应用的准光铁氧体环行器新近发展

综述了在毫米波应用的非互易准光法拉第旋转环行器的近期发展,两种器件结构;传输型玫反射型准光环行器在３５ＧＨｚ已成功的进行了试验,获得了较好的结果。这种器件能承受较高的功率容量,传输型限制在１－１０ｋＷ,而反射型因接地良好便于散热,理论预期为在毫米波将可随兆瓦级平均功率容量。     

日本旋磁材料应用的最近进展——器件方向述评

本文评述了三年来日本在微波铁氧体方面的研究和进展。文章共分六个题目:(1)由通常的铁氧体和石榴石作成的环行器和隔离器;(2)多晶钙钒石榴石制备、特性及其应用;(3)YIG大单晶及其在环行器中的应用;(4)适于设计和制作数字相移器的常用YIG材料;(5)锂铁氧体及其应用;(6)适于作毫米波谐振式隔离器的高各向异性钡和锶铁氧体。本文最后对于日本在这方面的研究动向作了展望。     

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。     

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。