介质波导环形器以及隔离器的制作方法

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种介质波导环形器以及隔离器。

背景技术：

环行器与隔离器是将进入其任一端口的入射波，按照由静态偏置场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。由于其具有非互异性，正向插损很小，而反向时能量绝大部分被吸收。

传统金属波导环行器具有高互调、低损耗、大带宽、低时延等优点，但由于波导传输特性，决定了其较大的体积，进而只能应用低场而带来的温度稳定性差等缺点。

由于体积太大，传统金属波导环行器也难以在低频应用，如在2ghz，标准金属波导口尺寸达到了109.22*54.61mm，如制成器件，则体积十分巨大，导致其应用场景仅限于部分军用大功率产品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种介质波导环形器以及隔离器，旨在用于解决现有的隔离器或环形器采用金属波导，体积大、温度稳定性较差、不适应低频等问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种介质波导环形器，包括核心工作组件、直流磁场组件以及壳体，所述核心工作组件和所述直流磁场组件均与所述壳体相固定，所述核心工作组件包括介质波导和铁氧体，所述铁氧体嵌于所述介质波导中，所述核心工作组件的表面整体金属化。

进一步地，所述介质波导的表面凹设有嵌入槽，所述铁氧体嵌设并固定在所述嵌入槽中。

进一步地，所述核心工作组件的表面整体焙银。

进一步地，所述介质波导的各端部上均固定有pin针。

进一步地，所述介质波导的各端部上均开设有耦合窗口，所述耦合窗口上设置有金属化的传输带线，所述耦合窗口处还开设有位于所述传输带线靠近所述介质波导中心一端的金属化的耦合孔。

进一步地，所述外部直流磁场组件包括第一匀磁铁片、钐钴磁铁以及温补片，所述壳体包括腔体和顶部盖板，所述核心工作组件、所述第一匀磁铁片、所述钐钴磁铁以及所述温补片从上到下依次设置且均收容于所述腔体中，所述顶部盖板盖封固定在所述腔体上方。

进一步地，所述外部直流磁场组件包括钐钴磁铁以及温补片，所述壳体包括腔体、顶部盖板以及底部盖板，所述核心工作组件收容于所述腔体中且通过所述顶部盖板盖封固定，所述钐钴磁铁以及所述温补片依次设置于所述腔体下方且通过所述底部盖板盖封固定。

进一步地，所述外部直流磁场组件还包括钡铁和第二匀磁铁片，所述钡铁和所述第二匀磁贴片从上到下依次设置于所述顶部盖板和所述核心工作组件之间。

进一步地，所述外部直流磁场组件包括钐钴磁铁，所述壳体包括腔体和顶部盖板，所述核心工作组件、所述钐钴磁铁从上到下依次设置且均收容于所述腔体中，所述顶部盖板盖封固定在所述腔体上方。

另一方面，本发明还提供一种介质波导隔离器，包括如上任一所述的介质波导环形器以及吸波材料，所述吸波材料安装于所述介质波导的其中一个端口上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、大幅降低体积：本发明采用介质波导来传输信号，铁氧体嵌于介质波导中，相比于金属波导能够降低5到10倍体积；

2、温度稳定性好：由于介质波导大幅降低体积，使得高场容易实现，温度稳定性更好；

3、低频适应：除了可以同传统金属波导一样的应用在6ghz以上外，本发明可在与带状线方案体积相当的情况下实现1.8ghz以下覆盖；

4、高互调：本发明电气结构简单，电磁回路内除铁氧体外不含其它铁磁性材料，相比于带状线方案，有效改善互调；

5、低损耗：本发明采用全电磁封闭结构，相比于带状线方案，有效改善损耗；

6、低成本：本发明体积小，主体结构为介质烧结成型，相比于带状线方案，物料数量及装配难度显著降低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种介质波导环形器的核心工作组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种介质波导环形器的另一种核心工作组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高场方案的介质波导环形器的结构分解图；

图4为本发明实施例提供的另一种高场方案的介质波导环形器的结构分解图；

图5为本发明实施例提供的一种低场方案的介质波导环形器的结构分解图；

图6为本发明实施例提供的一种介质波导隔离器的核心工作组件的结构示意图。

附图标记说明：1-顶部盖板、2-钡铁、3-第二匀磁铁片、4-介质波导、41-嵌入槽、5-铁氧体、6-第一匀磁铁片、7-钐钴磁铁、8-温补片、9-腔体、10-pin针、11-底部盖板、12-吸波材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种介质波导环形器，包括核心工作组件、直流磁场组件以及壳体，所述核心工作组件和所述直流磁场组件均与所述壳体相固定，所述核心工作组件包括介质波导4和铁氧体5，所述铁氧体5嵌于所述介质波导4中，所述核心工作组件的表面整体金属化。本实施例的介质波导4采用陶瓷介质，包括圆形的中间部以及自中间部向外延伸的三个端口，三个端口分别为输入端口、输出端口和隔离端口，输入端口用于信号的输入，输出端口用于信号的输出，隔离端口用于隔离反方向的信号，在其他实施例中，所述介质波导4也可以为其他形状。本实施例的所述铁氧体5为圆形，在其他实施例中也可以为其他形状。

本发明实施例的介质波导环形器在传统金属波导环行器的基础上进行了改良，以表面金属化的介质波导替代金属波导，大幅降低了器件体积，如同样在2ghz，当选用陶瓷介质介电常数为35时，波导口尺寸可降低为13*4mm（电磁波在介质中的波长为真空中的1/ε，ε为介质介电常数），制成的器件与目前主流的带状线环行器体积相当。如选用介电常数更高的陶瓷介质，其体积还可进一步降低。由于体积的大幅降低，使得原本难以应用的高场设计方案也可以实践了。本发明不仅继承了传统金属波导环行器高互调、大带宽、低时延、低损耗等优点，还带来了小体积、低频适用、低成本、高温度稳定性等优点。

本优选实施例中，所述铁氧体5嵌于所述介质波导4的表面，相对于嵌于介质波导4内部，更有利于散热，制作更简单。具体地，所述介质波导4的表面凹设有嵌入槽41，所述嵌入槽41的形状与所述铁氧体5的形状一致，所述铁氧体5嵌设在所述嵌入槽41中且通过粘接、焊接或者烧结等方式固定在所述嵌入槽41中。进一步优选地，所述介质波导4和所述铁氧体5组成的核心工作组件表面整体焙银，以实现电磁封闭，最大程度减少非理想接触带来的非线性，以提升互调，且通过组件表面整体焙银，进一步实现铁氧体5和介质波导4的固定。

如图1所示，作为信号引入的一种实施方式，所述介质波导4的各个端部上均固定有pin针10，信号利用pin针10引入，所述pin针10和所述介质波导4可以成型在一起，且在核心工作组件表面焙银时，pin针10周围一圈不焙银，避免影响信号传输。如图2所示，作为信号引入的另外一种实施方式，所述介质波导4的各端部上均开设有耦合窗口42，耦合窗口42可以为圆形、矩形等规则形状，也可以为不规则形状，所述耦合窗口上设置有金属化的传输带线43，信号利用金属化的传输带线43引入。所述耦合窗口42处还开设有位于所述传输带线43靠近所述介质波导4中心一端的金属化的耦合孔44，所述耦合孔44可以为通孔或者盲孔，可填充金属或者不填充，所述传输带线43的另一端可作为与pcb板连接的焊接部位。

如图3所示，作为所述介质波导环形器高场方案的具体实施方式之一，所述外部直流磁场组件包括第一匀磁铁片6、钐钴磁铁7以及温补片8，所述温补片8为镍铁材质，所述壳体包括腔体9和顶部盖板1，且均采用铁质，所述腔体9包括底壁以及自底壁向上延伸的侧壁，所述侧壁自顶部向下开设有与介质波导4的三个端口对应的三个缺口，所述核心工作组件、所述第一匀磁铁片6、所述钐钴磁铁7以及所述温补片8从上到下依次设置且均收容于所述腔体9中，且所述介质波导4嵌有所述铁氧体5的一面朝下，所述顶部盖板1盖封固定在所述腔体9上方，实现介质波导滤波器的组装固定。优选地，所述外部直流磁场组件还包括钡铁2和第二匀磁铁片3，所述钡铁2和所述第二匀磁贴片从上到下依次设置于所述顶部盖板1和所述核心工作组件之间，以提升直流磁场的性能。

如图4所示，作为所述介质波导环形器高场方案的具体实施方式之二，所述外部直流磁场组件包括钐钴磁铁7以及温补片8，所述温补片8为镍铁材质，所述壳体包括腔体9、顶部盖板1以及底部盖板11，且均采用铁质，所述腔体9包括底壁以及自底壁向上延伸的侧壁，所述侧壁自顶部向下开设有与介质波导4的三个端口对应的三个缺口，所述核心工作组件收容于所述腔体9中且所述介质波导4嵌有所述铁氧体5的一面朝下，所述顶部盖板1盖封固定在所述腔体9上方，所述钐钴磁铁7以及所述温补片8依次设置于所述腔体9下方且通过所述底部盖板11盖封固定，通过壳体将整体介质波导滤波器组装固定。优选地，所述外部直流磁场组件还包括钡铁2和第二匀磁铁片3，所述钡铁2和所述第二匀磁贴片从上到下依次设置于所述顶部盖板1和所述核心工作组件之间，以提升直流磁场的性能。

如图5所示，作为所述介质波导环形器低场方案的一种具体实施方式，所述外部直流磁场组件包括钐钴磁铁7，所述壳体包括腔体9和顶部盖板1，均可采用铝制或者塑料等材质，所述腔体9包括底壁以及自底壁向上延伸的侧壁，所述侧壁自顶部向下开设有与介质波导4的三个端口对应的三个缺口，所述核心工作组件、所述钐钴磁铁7从上到下依次设置且均收容于所述腔体9中，所述顶部盖板1盖封固定在所述腔体9上方，实现介质波导滤波器的组装固定。优选地，所述外部直流磁场组件还包括第一匀磁铁片6，所述第一匀磁铁片6设置于所述核心工作组件和所述钐钴磁铁7之间，以提升直流磁场的性能。

参见图6所示，本发明实施例还提供一种介质波导隔离器，包括上述实施例的介质波导环形器以及吸波材料12，所述吸波材料12安装于所述介质波导4的其中一个端口上，从而实现隔离功能。

综上所述，本发明实施例的介质波导环形器以及隔离器具有以下有益效果：

1、大幅降低体积：本发明采用介质波导4来传输信号，铁氧体5嵌于介质波导4中，相比于金属波导能够降低5到10倍体积；

2、温度稳定性好：由于介质波导4大幅降低体积，使得高场容易实现，温度稳定性更好；

3、低频适应：除了可以同传统金属波导一样的应用在6ghz以上外，本发明可在与带状线方案体积相当的情况下实现1.8ghz以下覆盖；

4、高互调：本发明电气结构简单，电磁回路内除铁氧体5外不含其它铁磁性材料，相比于带状线方案，有效改善互调；

5、低损耗：本发明采用全电磁封闭结构，相比于带状线方案，有效改善损耗；

6、低成本：本发明体积小，主体结构为介质烧结成型，相比于带状线方案，物料数量及装配难度显著降低。

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