专利名称：超薄型三端口波导结环行器的制作方法
技术领域：
本发明属于波导型器件领域，确切的说是一种超薄三端波导结环行器，用于有特 殊技术要求的微波传输系统。
背景技术：
现有的通用三厘米波导结式环行器的横向外形尺寸一般大于或等于标准连接法 兰尺寸，外形如图1所示。这种环行器可以满足绝大多数微波系统的需求。但对于某些诸 如波导裂缝阵列天线系统或其它特殊的传输系统，要求在某一方向上(如波导高度方向) 仅用与标准波导管b尺寸接近的宽度上安置一波导结环行器，并由多个环行器紧密排列成 阵列，则使用普通波导结环行器显然不能实现。需要设计一种超薄波导结环行器来满足这 类微波传输系统的技术要求。本
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中环行器的体积缺陷，提供一种超薄尺 寸的波导结环行器，从而解决三端口波导结环行器在天线阵中的列阵问题。本发明解决上述技术问题的方案是通过设计“内磁式”波导结环行器来实现的。 所谓“内磁式”三端口波导结环行器的特别之处在于一反传统结构，将提供恒稳偏置磁场 的恒磁体由波导腔外移至波导腔内，与波导腔中的Y形四分之一波长阻抗匹配台阶结合成 一体，再将正三角形铁氧体片直接安置在恒磁片上，构成“内磁式”波导结环行器。考虑到 镶嵌恒磁圆片的地方是电磁场比较集中的地方，在恒磁圆片表面镀银，以提高其导电性能 并减小微波损耗。同时考虑到缝隙边沿的放电打火问题，设计时对恒磁圆片与镶嵌圆槽的 公差配合提出了专门要求。恒磁圆片为温度性能稳定的钐钴恒磁材料，其尺寸为φ 15X 1·2!ο.02 mm，表面磁场强度750GS，磁体表面采用镀银后保护处理。波导结的“内磁式”设计并未改变环行器的基本工作原理，仍基于对在直流偏置磁 场和微波磁场的共同作用下，旋磁材料产生的张量导磁率以及将其加载于波导时产生的非 互易传输特性。由于将一对恒磁体的内置，减小了相互间的距离，使旋磁材料中的内场大大增加， 为了保持合适的偏置场，将恒磁体的厚度和体积相应的大幅度减小。当然，这种设计不是简 单的由外置变为内置，恒磁体不再是仅提供直流磁场的单一角色，还作为匹配台阶的一部 分，它必须表面镀银，以具备良好的导电性能。通过内置式设计，该波导结环行器的厚度接 近标准波导管b方向的外形尺寸，高度为普通三厘米三端波导结环行器的三分之一，适于 在阵列天线上紧凑排列安装。本发明更适应于偏置较低的磁场，能承受20KW以下的微波峰值功率，由于在普通 X波段相控阵天线中，单个环行器所承受的功率不会超过10KW。因此，本发明不会因承受微 波峰值功率较低而限制其使用。本发明的波导结内Y形四分之一波长阻抗匹配台阶的结构参数由环行器的微波 设计确定，即由环行器的工作频率及工作带宽决定，台阶的三个分支臂长15mm，臂宽11mm，高度1.6mm，呈120° Y形对称结构，与波导腔体的槽和波导盖整体加工。本发明的正三角形铁氧体片是饱和磁化强度4 π Ms值为1600GS的锂钛系列材料， 其三角形的边长为10. 5士0. 1，厚度3. 0mm。本发明与现有技术相比具有更多的优点1.通过波导结的“内磁式”式设计，可使环行器的高度压缩到传统设计的三分之 一，实现了超薄、超轻，便于在阵列天线中安装。其各项性能参数与传统环行器基本一致。2.由于波导结实现了超薄、超轻，节约了波导壳体材料和恒磁材料，降低了生产成 本。3.满足了阵列天线尤其是裂缝波导阵列天线列阵的特殊的使用要求。
图1普通三厘米波导结环行器外形图片图2超薄环行器与普通环行器的体积比较图片图3 (a)本发明的偏置恒磁体的示意3(b)三角形铁氧体片示意4本发明三端结腔盖及装配位置示意5本发明三端结腔槽及装配位置的示意6本发明内磁式三端结环行器的外形示意图
具体实施例方式结合上述附图和优选实施例对本发明的整体结构及实施过程作具体详细说明。本 发明将三厘米三端口波导结环行器设计成“内磁式”波导结环行器。如图4和图5所示，本发明对三厘米三端口波导结环行器采用腔槽和腔盖分别加 工，根据工作频带和微波工程理论与经验分别设计三端波导结腔槽内和腔盖内的Y形四分 之一波长阻抗匹配台阶。Y形台阶2呈120°对称分布，三个分支的臂长15mm，臂宽11mm， Y形台阶2的中心为圆槽，与波导腔槽和波导盖一体化加工。图3(a)为偏置恒磁体的示意图，偏置恒磁体为圆片结构。图3(b)为三角形铁氧 体片示意图。本发明将两个偏置恒磁体1分别镶嵌于波导腔槽和波导盖内“Y”形匹配台阶 中心与其尺寸相近的圆槽内。再将正三角形铁氧体片3直接安置在恒磁片1上，构成“内磁 式”波导结环行器(见图4和图5)。恒磁圆片1为温度性能稳定的钐钴恒磁材料，其尺寸 为Φ15Χ 1.2\Q2 mm，表面磁场强度750GS，磁体表面采用镀银后保护处理。三端口波导腔 的槽与盖在表面处理之前镗出镶嵌磁钢的中心圆槽，其尺寸为Φ15Χ 1.2Γ12 mm;使恒磁 圆片与镶嵌圆槽的公差配合满足要求。然后用导电胶将两接触面粘接，使圆形恒磁片的外 表面与“Y”形匹配台阶面齐平。注意不同生产厂家所生产的铁氧体材料和恒磁材料的最佳 尺寸略有不同，应及时修正，也可以通过高频仿真技术，进一步优化参数。本发明根据铁氧体器件理论计算出所需铁氧体材料的静磁参数和正三角形尺寸， 正三角形铁氧体片是饱和磁化强度4 π Ms值为1600GS的锂钛系列材料，其三角形的边长为 10. 5士0. 1，厚度3. 0mm。三角片尺寸应是在所定恒磁下经反复试验选择的最佳尺寸，以保证 又有较高的成品率。
装配时，测量各对磁片的极性和腔体内部的最大磁场，按照确定的一致的磁场方 向放置，并保证内场在20&的波动范围之内，在恒磁片与波导腔体接合处涂一薄层导电胶， 尤其在四周的结合缝里要用导电胶填满，外平面要清理干净，固化后即可装配调试，注意磁 场方向必须正确一致，不可错乱，否则腔体将报废，因为粘结后无法更改。将备好的铁氧体三角片3 —面涂上少许705硅橡胶，置入腔体中心，使三角形的三 个角尖分别对准Y形台阶上的三个分支的轴线上，并与波导分支的轴线重合，这时三角形 和Y形台阶的中心重合。胶固化后波导腔和波导盖，销钉定位，螺钉紧固连接装配成图6所 示的三端结环行器。即可上线测量性能参数，必要时可对三角形的边长略做微调，其调整量 为0.2mm。三端结波导环行器的波导腔槽和腔盖在内腔结构上由120° Y形对称结构圆滑 过渡成为90°的“T”形外接端口，其“T”形外接端口通过外形尺寸17X54mm的扁法兰与系 统连接，波导口仍为BJ-100标准尺寸22. 86X 10. 16_。图2是本发明的内磁式三厘米三端口波导结环行器与普通波导结环行器的外形 体积比较示意，从图片中可以清楚看到通过波导结的“内磁式”式设计，可使环行器的高度 压缩到传统设计的三分之一，实现了超薄、超轻。本发明的波导结环行器满足了在阵列天线 中安装要求。
权利要求
一种超薄型三端口波导结环行器，其特征在于将一对偏置恒磁体(1)安置于波导腔体之内，使偏置恒磁体(1)与波导腔中的Y形匹配台阶(2)成为一体；再将正三角形铁氧体片(3)直接安置在恒磁片(1)上，构成“内磁式”波导结环行器，有效减小了波导结环行器中两片偏置恒磁体之间的相互距离，并同时减小恒磁体的厚度和体积，适于在阵列天线上紧凑排列安装。
2.根据权利要求1所述的超薄型三端口波导结环行器，其特征在于所述“Y”形匹配 台阶(2)分别设置在腔槽和腔盖内，与波导腔槽和波导盖一体化加工，“Y”形匹配台阶呈 120°对称分布，其三个分支臂长15mm，臂宽11mm，高度1. 6mm，在匹配台阶中心开一圆槽， 用于装配偏置恒磁体(1)。
3.根据权利要求1或2所述的超薄型三端口波导结环行器，其特征在于所述偏置恒 磁体(1)为钐钴材料圆形片，尺寸为Φ15Χ1.2πιπι，表面场强为750GS，磁体的表面镀银以提 高导电性能，两偏置恒磁体分别镶嵌于波导腔槽和波导盖内“Y”形匹配台阶中心与其尺寸 相近的圆槽内，与槽的接触面用导电胶粘接，使圆形恒磁片的外表面与“Y”形匹配台阶面齐 平。
4.根据权利要求1所述的超薄型三端口波导结环行器，其特征在于所述正三角铁 氧体片(3)由饱和磁化强度为1600&的锂钛铁氧体材料构成，正三角形铁氧体片的边长 10. 5mm,厚度3. Omm,用胶粘结在恒磁体圆片上，其三个顶角分别对准并压在提前刻划在Y 形台阶上的三个分支的轴线上，与波导分支的轴线重合，三角铁氧体片的中心同时与“Y”形 台阶的中心重合。
5.根据权利要求2所述的超薄型三端口波导结环行器，其特征在于所述三端口波导 结环行器的腔槽和腔盖分体式加工装配而成，端口连接法兰为外形尺寸17X54mm的异型 法兰，波导口仍为BJ-100标准尺寸22. 86X10. 16mm。
全文摘要
本发明公开一种超薄型三端口波导结环行器，将提供恒稳偏置磁场的一对恒磁体安置于波导腔体之内，使偏置恒磁体与波导腔中的Y形匹配台阶成为一体；再将正三角形铁氧体片直接安置在恒磁片上，构成“内磁式”波导结环行器，减小了相互间的距离，并同时减小恒磁体的厚度和体积，以保持合适的偏置场，使该波导结环行器的厚度接近标准波导管b方向的外形尺寸，高度为普通三厘米三端波导结环行器的三分之一，适于在阵列天线上紧凑排列安装。本环行器只要严格控制恒磁场大小和铁氧体样品的参数和尺寸，即可有较高的成品率，除更换铁氧体三角片之外，基本不作其他调试。
文档编号H01P1/39GK101894998SQ201010230658
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者付原, 何瑞生, 余增强, 杨卓, 王克军, 郑珍, 高昌杰, 鲁小刚, 黄金杰 申请人:中国兵器工业第二○六研究所