专利名称：一种全k波段宽带高功率结环行器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于用于宽带雷达、通信和电子对抗系统中作为天线共用的收发开关以及解决级间隔离、阻抗匹配的环行器技术领域，具体涉及一种全K波段宽带高功率结环行器。
背景技术：
环行器在雷达、电子对抗、通信等军事、民用电子系统中有着广泛的应用。它是用作天线共用的收发开关以及解决级间隔离、阻抗匹配等一系列实际问题的重要器件。现代电子对抗系统、宽带雷达常需要使用全频段带宽的宽带高功率环行器。全频段带宽环行器对阻抗匹配及铁氧体材料性能要求都比常规环行器要高，尤其在较高频段的K波段研制全K带宽的高功率环行器，其难度较大。目前这类全频段带宽环行器设计技术尚不成熟，也未见相关设计技术详细报道。现有设计技术是在波导中心结采用圆柱形或三角柱形匹配器；为了弥补在较高频率铁氧体旋磁性的不足，采用两个介质夹铁氧体安置于环行器中心结的设计方法，以便提高铁氧体有载Q值，这样设计使带宽变窄，不能达到覆盖全K波段的宽带目标；不利于散热，难以承受高平均功率；偏磁没有温度补偿措施，不能宽温工作。
发明内容为了解决现有技术的环行器不能覆盖全K波段的宽带目标、不利于散热、难以承受高平均功率等问题，本实用新型提供一种损耗小、驻波小、承受功率高、覆盖全K波段(18GHz 26.5GHz)宽带高功率结环行器。具体的技术解决方案如下:一种全K波段宽带高功率结环行器其波导口为BJ220标准波导的T形波导1，T形波导I内结中心上下对称设置有阶梯阻抗匹配器2 ;所述阶梯阻抗匹配器2为相互夹角为120度的三端对称Y形3级阶梯阻抗匹配器，其满足3阶切比雪夫阻抗匹配关系；阶梯阻抗匹配器2的最高层台阶中心分别焊接有对称的两片铁氧体圆片3 ；T形波导I结中心顶面和底面分别设有永磁圆柱体4，永磁圆柱体4外粘贴镍铁合金圆片5，镍铁合金圆片5具有温度补偿效应；Τ形波导I上下外壳设有散热片6。所述铁氧体圆片3材料为Ni5000铁氧体，且单面镀银，并利用锡焊与金属壁直接焊接。所述永磁圆柱体4材料为高磁能积钕铁硼永磁体。本实用新型为了满足覆盖全K波段的宽带要求，采用波导中心结高度压缩降低中心结波导阻抗拓宽带宽的方法，这增加了与标准波导的阻抗比，必须解决压缩中心结与标准波导之间的宽带匹配问题，对此问题本设计相对现有技术的改进是:采用在结中心对称设置Y形3级阶梯阻抗匹配器代替现有技术的圆柱形或三角柱形匹配器。相对现有技术本设计的Y形3级阶梯阻抗匹配器更具宽带优势，它的优点是=TEltl基模的截止频率更低，相同工作波长情况下波导尺寸更小JEltl模截止频率比矩形波导更低而TE2tl模截止频率比矩形波导更高，使得单一模式工作频带很宽，因此具有更宽带宽。本实用新型为了满足高平均功率和宽温要求，对现有技术的改进是:1.采用高线宽的Ni5000铁氧体材料，且在满足旋磁性前提下设计得尽量薄，单面镀银直接锡焊于金属壁上，这样利于散热和减小外偏磁；现有设计技术不利于散热和减小外偏磁；2.采用高磁能积钕铁硼永磁作偏磁，并有镍铁合金圆片作温度补偿，可以实现宽温工作。本实用新型与现有技术产品相比较具有如下优点:1.中心结高度压缩结合上下对称Y形3级切比雪夫阶梯阻抗匹配器大大展宽环行器的工作带宽，达到覆盖全K波段(38%带宽)的目标，现有技术最多只能达到15%带宽；2.采用高线宽的两片对称铁氧体圆片直接锡焊于金属壁上的方法，利于散热和减小外偏磁场，使器件在全K波段能承受最高达100W平均功率；3.采用高磁能积钕铁硼永磁作偏磁，并有镍铁合金圆片作温度补偿，可以实现宽温工作；4.器件结构紧凑，重量轻体积小。本实用新型的环行器在全K波段获得了很好的电性能且承受了 100W平均功率，达到了现有技术不能达到的宽带宽温和高功率工作的性能。该器件在军事和民用宽带微波电子设备制造领域应用前景广阔。
图1为本实用新型外观示意图。图2为本实用新型结构主视图。图3为图2中A-A向垂直剖面图。图4为图3中局部放大图。图5为图2中B-B向水平剖面图。上图中序号:T形波导1、阶梯阻抗匹配器2、铁氧体圆片3、永磁圆柱体4、镍铁合金圆片5、散热片6。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。参见图1和图2，一种全K波段宽带高功率结环行器，其波导口为BJ220标准波导的T形波导1，T形波导I内结中心上下对称设置有阶梯阻抗匹配器2 ;所述阶梯阻抗匹配器2为相互夹角为120度的三端对称Y形3级阶梯阻抗匹配器，其满足3阶切比雪夫阻抗匹配关系，见图5 ;阶梯阻抗匹配器2的最高层台阶中心分别焊接有对称的两片铁氧体圆片3，见图3和图4 ;铁氧体圆片3材料为Ni5000铁氧体，且单面镀银，并利用锡焊与金属壁直接焊接。T形波导I结中心顶面和底面分别设有永磁圆柱体4，永磁圆柱体4材料为高磁能积钕铁硼永磁体；永磁圆柱体4外粘贴镍铁合金圆片5，镍铁合金圆片5具有温度补偿效应；T形波导I上下外壳设有散热片6。如图5所示阶梯阻抗匹配器2的宽度为S，长度分别为L1、L2、L3 ;如图4所示3级高度分别为hl、h2、h3。[0027]如图4所示铁氧体圆片3的直径为Of，厚度为hf，铁氧体圆片3单面镀银，并焊接于阶梯阻抗匹配器2的最高层台阶中心位置。如图3所示永磁圆柱体4直径为Φ4，长度为h4。镍铁合金圆片5直径为Φ5，厚度为h5。所有波导壁厚t统一为1mm。利用经验公式估算出铁氧体圆片3半径R初值和中心结波导高度h初值。计算出阶梯阻抗匹配器2的中心脊波导等效阻抗\结合相应带宽参数按3阶切比雪夫阻抗表可确定各阶梯阻抗值，求得各阶梯阻抗值后可确定横向尺寸，而纵向尺寸即各阶长度由波导波长决定，即由λ。求出Ag，各阶基本长度为λ/4。各阶基本长度λ/4减去修正量Λ Li,即为各阶最后长度。在以上初值估算基础上，采用环行器整体优化确定阶梯阻抗匹配器2各级长和宽的具体值和铁氧体圆片3的直径Of具体值:阶梯阻抗匹配器2的宽度S=4.8謹，长度分别为Ll=3.63謹，L2=2.45謹，L3=2.92mm ;高度分别为 hl=l.4mm, h2=lmm, h3=0.2mm。铁氧体圆片3的直径Φ f为3.47mm,厚度hf为0.65mm。通过调试确定钕铁硼永磁圆柱体4直径Φ4=4.5mm,长度h4=15mm ;镍铁合金圆片5直径Φ5=6ι πι,厚度h5=l.3mm。环行器性能测试结果是:在18GHz 26.5GHz的全K频带内，隔离彡19dB,损耗(0.38dB，驻波系数≤1.33。功率实验表明:在18 26.5GHz频带内，宽带连续波发射机IOOff功率条件下，环行器工作正常。
权利要求1.种全K波段宽带高功率结环行器，其波导口为BJ220标准波导的T形波导(I )，其特征在于:τ形波导(I)内结中心上下对称设置有阶梯阻抗匹配器(2);所述阶梯阻抗匹配器(2)为相互夹角为120度的三端对称Y形3级阶梯阻抗匹配器，其满足3阶切比雪夫阻抗匹配关系；阶梯阻抗匹配器(2)的最高层台阶中心分别焊接有对称的两片铁氧体圆片(3)； T形波导(I)结中心顶面和底面分别设有永磁圆柱体(4)，永磁圆柱体(4)外粘贴镍铁合金圆片(5)，镍铁合金圆片(5)具有温度补偿效应；Τ形波导(I)上下外壳设有散热片(6)。
2.据权利要求1所述的一种全K波段宽带高功率结环行器，其特征在于:所述铁氧体圆片(3)材料为Ni5000铁氧体，且单面镀银，并利用锡焊与金属壁直接焊接。
3.据权利要求1所述的一种全K波段宽带高功率结环行器，其特征在于:所述永磁圆柱体(4 )材料为高磁能积钕铁硼永磁体。
专利摘要本实用新型涉及一种全K波段宽带高功率结环行器。其波导口为BJ220标准波导的T形波导，T形波导内结中心上下对称设置有阶梯阻抗匹配器；所述阶梯阻抗匹配器为相互夹角为120度的三端对称Y形3级阶梯阻抗匹配器，其满足3阶切比雪夫阻抗匹配关系；阶梯阻抗匹配器的最高层台阶中心分别焊接有对称的两片铁氧体圆片；T形波导结中心顶面和底面分别设有永磁圆柱体，永磁圆柱体外粘贴镍铁合金圆片，镍铁合金圆片具有温度补偿效应；T形波导上下外壳设有散热片。本实用新型的环行器在全K波段获得了很好的电性能且承受了100W平均功率，达到了现有技术不能达到的宽带宽温和高功率工作的性能。该器件在军事和民用宽带微波电子设备制造领域应用前景广阔。
文档编号H01P1/383GK202930523SQ20122066513
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者范宇, 周雁翎 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所