一种s波段siw双环铁氧体移相器及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波技术、无源器件以及铁氧体器件领域。特别涉及一种铁氧体移相器。
【背景技术】
[0002]在过去的几十年，微波技术及铁氧体器件技术有了很大进展。其中一种非常重要的微波铁氧体器件一一移相器，一种调节电磁波相位的器件，在微波、射频、雷达领域的应用越来越广泛。在微波、毫米波段，常见的铁氧体移相器是波导铁氧体移相器，由矩形波导及一个或两个铁氧体环以及一段高介电常数介质片构成。通过调节铁氧体环的位置、大小，可使入射波在铁氧体内部的磁场成为一个左旋极化波，从而使入射波的相移大于反射波的相移，达到移向目的。同时，可以通过改变外加磁场的大小，在相当大的范围内，改变铁氧体材料的张量磁导率，从而实现不同的相移。
[0003]但是，传统波导铁氧体移相器仍有诸多问题。首先是受标准波导口径限制，导致体积过大。第二，由于高介电常数的介质片的引入，导致了高次模的截止频率提前，影响器件工作带宽。
【发明内容】
[0004]针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种S波段SIW双环铁氧体移相器，包括一段SIW传输线和对称设置于SIW传输线内的两个相同的铁氧体方环，还包括一个设于两个铁氧体方环中间的介质片，两个铁氧体方环与介质片紧贴；铁氧体方环高度与Siw和介质片等高，壁厚lmm-2mm，宽度小于SIW宽度的一半，长度等于SIW长度，介质片厚度小于2mm，长度等于SIW长度。
[0005]其设计方法如下:
[0006]1，根据工作的频段，设计基片集成波导传输线。
[0007]2，在基片集成波导传输线中加上对称的两个铁氧体环和介质片；介质片夹在两个铁氧体环的中间与其紧贴，使得两个铁氧体环关于介质片对称。
[0008]3，根据所需的相移量、工作频率，调整铁氧体环的大小、壁厚以及介质片的厚度得到移相器最终各个参数尺寸。
[0009]上述技术方案具有如下优点:抑制了 TM模的出现，推迟了高次模式的截止频率；较传统波导移相器体积更小；介质填充的SIW具有比波导更大的击穿电压。
【附图说明】
[0010]图1是S波段波导双环移相器截面图
[0011]图2是S波段SIW双环铁氧体移相器截面图
[0012]图3是S波段波导双环移相器相移量随长度的变化
[0013]图4是S波段SIW双环铁氧体移相器相移量随长度的变化
[0014]图5是S波段波导双环移相器的插入损耗
[0015]图6是S波段SIW双环铁氧体移相器的插入损耗
[0016]图7是S波段波导双环移相器驻波比
[0017]图8是S波段SIW双环铁氧体移相器驻波比
[0018]图9是S波段波导双环移相器的基模和高次模传播常数
[0019]图10是S波段SIW双环铁氧体移相器的基模和高次模传播常数
【具体实施方式】
[0020]现用一个500°相移、S波段、工作频率在2.7?3.1GHz的SIW双环铁氧体移相器为例，并与一个同样500°相移相同工作频率的S波段波导移相器对比，说明本发明的设计方法及优点。需要说明的是，两个移相器采用了相同的铁氧体材料，饱和磁化强度为600高斯。而介质片的介电常数，波导移相器是60，SIW双环铁氧体移相器是80。
[0021]步骤一，设计SIW传输线，选择宽度20mm，通孔直径0.8mm，孔间距2mm。SIW的高度选择6mm。基板介电常数10.2，损耗角0.0035。在3GHz处，纵向长度为一个波导波长时，驻波小于1.04，插入损耗0.12db，回波损耗小于35db。
[0022]步骤二，在SIW中间加入一段介电常数为80的介质片，介质片宽1.5mm，高度6mm。
[0023]步骤三，紧靠介质片，加入两个对称的铁氧体环。铁氧体环壁厚1mm，内径6mm*4mm,外径8mm*6mm。移相器模型如图2所不。
[0024]SIff双环铁氧体移相器每毫米相移15.3°，整体尺寸25mm*6mm*32.66mm，矩形波导移相器每毫米相移16°，整体尺寸25mm。SIW双环铁氧体移相器插损小于0.024db，波导移相器插损小于0.08db。端口的驻波比，SIff移相器小于1.04，波导移相器小于1.31。可以看到，SIW双环铁氧体移相器约40%的体积实现了接近波导移相器的性能。同时需要说明的是，波导移相器因为介质层的引入出现了高次模，因而实际器件性能会低于理论值，而SIW移相器直到4.5GHz处才会出现高次模。
【主权项】
1.一种S波段SIW双环铁氧体移相器，包括一段SIW传输线、对称设置于SIW传输线内的两个相同的铁氧体方环和一个设于两个铁氧体方环中间的介质片，其特征在于:两个铁氧体方环与介质片紧贴；铁氧体方环高度与Siw和介质片等高，壁厚lmm-2mm，宽度小于SIW宽度的一半，长度等于SIW长度，介质片厚度小于2mm，长度等于SIW长度。
2.如权利要求1所述S波段SIW双环铁氧体移相器，其特征在于:所述介质片为高介电常数介质片。
3.如权利要求1所述S波段SIW双环铁氧体移相器，其特征在于: 工作频率在2.7?3.1GHz的500°相移SIW双环铁氧体移相器； SIff传输线宽度20mm，通孔直径0.8mm，孔间距2mm，高度6mm，长度32.66mm，基板介电常数10.2，损耗角0.0035 ； 介质片的介电常数为80，宽1.5mm，高度6mm，长度32.66mm ； 铁氧体饱和磁化强度为600高斯，方环壁厚1mm，内径6mm*4mm，外径8mm*6mm，长度32.66mm, SIff双环铁氧体移相器整体尺寸25mm*6mm*32.66mm, SIff移相器插损小于0.024db，端口的驻波比小于1.04。
4.如权利要求1所述S波段SIW双环铁氧体移相器的设计方法如下: 步骤1、根据工作的频段，设计基片集成波导传输线； 步骤2、在基片集成波导传输线中加上对称设置于其内的两个相同的铁氧体方环和高介电常数介质片；介质片夹在两个铁氧体环的中间与其紧贴，使得两个铁氧体环关于介质片对称； 步骤3、根据所需的相移量、工作频率，调整铁氧体环的大小、壁厚以及介质片的厚度得到移相器最终各个参数尺寸。
【专利摘要】本发明涉及微波技术、无源器件以及铁氧体器件领域。特别涉及一种铁氧体移相器。它包括一段SIW传输线和对称设置于SIW传输线内的两个相同的铁氧体方环，还包括一个设于两个铁氧体方环中间的介质片，两个铁氧体方环与介质片紧贴；铁氧体方环高度与SIW和介质片等高，壁厚1mm-2mm，宽度小于SIW宽度的一半,长度等于SIW长度，介质片厚度小于2mm，长度等于SIW长度。本发明抑制了TM模的出现，推迟了高次模式的截止频率；较传统波导移相器体积更小；介质填充的SIW具有比波导更大的击穿电压。
【IPC分类】H01P11-00, H01P1-195
【公开号】CN104868206
【申请号】CN201510244558
【发明人】邓龙江, 黄崇维, 孙逊, 汪晓光, 陈良, 高天乐
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月14日