基片集成波导三角形铁氧体环行器的制造方法
【专利摘要】基片集成波导三角形铁氧体环行器，涉及波导技术。本发明包括介质基板和其上的周期性金属化通孔构成的基片集成波导，以及中心结铁氧体和微带匹配线，其特征在于：所述铁氧体为等边三角形，其三个顶点分别位于基片集成波导的三个端口的中线，且尺寸满足：金属化通孔的间距p=0.6mm，金属化通孔的直径D=0.4mm，等效矩形波导宽度asiw=4.06～4.16mm，等边三角形边长A=2.25～2.4mm，微带匹配线的长边宽度Wtaper=1～1.1mm，微带匹配线的长度Ltaper=1.0～1.1mm，微带匹配线的短边宽度W50=0.85mm。本发明在不改变厚度前提下，通过调整中心结和匹配电路的尺寸，实现对器件传输性能以及体积的可控调节。
【专利说明】基片集成波导三角形铁氧体环行器
【技术领域】
[0001]本发明涉及波导技术。
【背景技术】
[0002]电磁波频谱是有限的，随着现代微波技术的不断发展，可利用的频谱资源日益紧张，逐渐向毫米波段发展。随着在无线宽带通信、高速机器对机器(M2M)的互联互通、防撞雷达、成像系统、交通管制、医疗设备以及其他无线传感器和网络等领域的应用日益增多，在微波/毫米波领域，具有低成本和创新性的微波/毫米波技术激发了学术界和工业界空前高涨的热情，微波/毫米波凭借其独一无二的优势，如宽频带、数据信号传输稳定、高增益等被广泛的应用于上述系统中。然而，随着当下市场竞争日益激烈，电路系统的功能越来越复杂，电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量也越来越轻；因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术，这也是微波/毫米波器件或系统能否成功商用的关键。
[0003]微波/毫米波器件中，微波铁氧体环行器以其非互易性、高功率、小损耗、宽频带、超(高/低)频、快速变调等优异性能获得了生产商和使用者们的青睐。目前，从结构上分，微波铁氧体环行器有波导器件、同轴器件和微带线/带线器件。然而这些器件都有各自的缺点:波导铁氧体器件虽然具有高功率容量、大品质因数、低的损耗等特点，但庞大的体积和重量以及苛刻的加工精度限制了其被进一步应用；而对于易于集成、小型化、低成本、易于批量生产的微带线铁氧体器件而言，在调整并改善环行器性能时，常用的是圆柱体铁氧体，由于微带线是集成在基板上，基板厚度较薄，并不能利用介质套来展开带宽，通常带宽较窄。另外，场的奇异性或电流奇点等导致了其具有较高的损耗，这些缺点使微带线环行器很难适应毫米波段对电子器件的要求。因此，在获得优异的传输性能前提条件下，如何既要克服传统波导器件的缺点又要继承微带线器件优点成了当前微波/毫米波【技术领域】的一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种基片集成波导三角形铁氧体环行器在微波频带(29GHz?34GHz)内具有低回波损耗、低插入损耗、高隔离性能和端口驻波的特点。
[0005]本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，基片集成波导三角形铁氧体环行器，包括介质基板和其上的周期性金属化通孔构成的基片集成波导，以及中心结铁氧体和微带匹配线，其特征在于:
[0006]基片集成波导三角形铁氧体环行器，包括介质基板和其上的周期性金属化通孔构成的基片集成波导，以及中心结铁氧体和微带匹配线，其特征在于:
[0007]所述铁氧体为等边三角形，其三个顶点分别位于基片集成波导的三个端口的中线，且尺寸满足:
[0008]金属化通孔的间距(圆心距)p=0.6mm,金属化通孔的直径D=0.4mm,
[0009]等效矩形波导宽度asiw=4.06?4.16mm,等边三角形边长Α=2.25?2.4mm,[0010]微带匹配线的长边宽度Wtapel=I?1.lmm,
[0011]微带匹配线的长度Ltapel=L O?1.1mm,
[0012]微带匹配线的短边宽度W5tl=0.85mm。
[0013]特别的，本发明的环行器表面镀有一层金，以防氧化。
[0014]与目前微波铁氧体环行器相比，本发明具有如下突出优点:
[0015]1.工艺简单、可操作性强、成本低；
[0016]2.易于集成、易于批量生产、小型化、宽频带；
[0017]3.在不改变厚度前提下，通过调整中心结和匹配电路的尺寸，实现对器件传输性能以及体积的可控调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是基片集成波导的等效矩形波导示意图。
[0019]图2是基片集成波导环行器中心结结构及其相对位置示意图。
[0020]图3是本发明匹配过渡部分示意图。
[0021]图4是基片集成波导环行器结构示意图。
[0022]图5是基片集成波导环行器传输性能曲线图。其中，a为S曲线频率响应示意图，b为插入损耗S21频率响应曲线示意图，c为驻波曲线示意图。
【具体实施方式】
[0023]参见图1?5。
[0024]本发明的环行器底层为双面覆铜聚四氟乙烯介质基板，采用PCB工艺在基板里嵌入周期性金属化圆柱型通孔，其上为相应的环行器电路图，其介质基板厚度为0.38mm，相对介电常数为3，中心结铁氧体的相对介电常数为14，磁导率约为I。另外，为了防止被氧化，在电路图上镀了一层0.02mm后的金。
[0025]在保证器件的小型化、低成本、易于批量生产的前提下，采用基片集成波导技术，在环行器中心结引入等边三角形，三角形的每一角的顶点均对准环行器的输入输出端口的正中，因此这三角形铁氧体柱构成的楔相当于一渐变阻抗匹配变换器，实现了结内的二次匹配。调节环行器中心结到端口的阻抗匹配，不仅有效地拓宽了环行器的带宽，还极大地提高了环行器的传输性能；另外，便于后期测试以及与系统集成，设计出一种内嵌线性渐变锥型线与圆弧转接相结合的复合微带阻抗匹配线，实现了 SIW环行器中心结与50 Ω微带端口的宽频带匹配连接，同时解决了 Y型到T型转换问题，使其更符合实际应用。
[0026]从图5(a)中可以看出，该环行器的三端口的损耗曲线S11、S22、S33、隔离曲线S31之间的重复性很好，基本保持一致。在29GHz到34GHz区间，各端口的回波损耗和隔离度都优于20dB。特别的，当频率为33GHz时，S11、S22、S33以及S31曲线接近26dB，。同时，从图(b)可以看出，该环行器在整个频段内，插入损耗小于0.4dB,接近0.3dB。与此同时，由图(c)可知，该环行器三个端口的驻波系数的曲线重复性也很好，在所需频段内均小于1.2，当频率为33GHz时，驻波系数达到1.1。
[0027]实施例1
[0028]基片集成波导三角形铁氧体环行器，由中心结、介质基片集成波导、偏磁化铁氧体和微带匹配线组成，各组成分构成如下:
[0029]p=0.6mm, D=0.4mmasiw=4.06 ?4.16mm，Α=2.3 ?2.4mm, Wtaper=I ?1.1 mmLtaper=L 0 ?L 1mm, W50=0.85mm。
[0030]本实施例的基片集成波导三角形铁氧体环行器，在铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料为HG (4 3iMs=5000Gauss)时，在频率29GHz?34GHz，最大回波损耗为:25.3dB,最大插入损耗为:0.36dB,最大驻波为:1.23。
[0031]实施例2
[0032]基片集成波导三角形铁氧体环行器，由中心结、介质基片集成波导、偏磁化铁氧体和微带匹配线组成，各组成分构成如下:
[0033]p=0.6mm, D=0.4mmasiw=4.1 ?4.16mm, A=2.25 ?2.3mm, Wtaper=I ?1.1mmLtaper=L O ?1.1mm, W50=0.9mm。
[0034]本实施例的基片集成波导环行器，铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料为YIG(4 3iMs=5000Gauss)时，在频率29GHz?35GHz，最大回波损耗为:25.3dB，最大插入损耗为:
0.4dB，最大驻波为:1.23。
[0035]实施例3
[0036]基片集成波导三角形铁氧体环行器，由中心结、介质基片集成波导、偏磁化铁氧体和微带匹配线组成，各组成分构成如下:
[0037]p=0.6mm, D=0.4mmasiw=4.1 ?4.16mm, Α=2.3 ?2.4mm, Wtaper=I ?1.1mmLtaper=0.5 ?
1.1mm, W50=0.85mm。
[0038]本实施例的基片集成波导环行器，铁氧体基板材料和偏置磁化铁氧体材料为YIG(4 3iMs=5000Gauss)时，在频率29GHz?35GHz，最大回波损耗为:25dB，最大插入损耗为:
0.4dB，最大驻波为:1.23。
[0039]说明书已经充分说明本发明的原理及必要技术内容，普通技术人员能够依据说明书予以实施，故不再赘述更详细的细节。
【权利要求】
1.基片集成波导三角形铁氧体环行器，包括介质基板和其上的周期性金属化通孔构成的基片集成波导，以及中心结铁氧体和微带匹配线，其特征在于: 所述铁氧体为等边三角形，其三个顶点分别位于基片集成波导的三个端口的中线，且尺寸满足: 金属化通孔的间距P = 0.6mm,金属化通孔的直径D = 0.4mm, 等效矩形波导宽度asiw = 4.06?4.16mm,等边三角形边长A = 2.25?2.4mm, 微带匹配线的长边宽度Wtaper = I?1.1mm, 微带匹配线的长度Ltaper = 1.0?1.1mm, 微带匹配线的短边宽度W5tl = 0.85mm。
2.如权利要求1所述的基片集成波导三角形铁氧体环行器，其特征在于，介质基板厚度为0.38mm，相对介电常数为3，中心结铁氧体的相对介电常数为14。
3.如权利要求1所述的基片集成波导三角形铁氧体环行器，其特征在于，各项参数为: p = 0.6mm，D = 0.4mmasiw = 4.06 ?4.16mm，A = 2.3 ~ 2.4mm，Wtaper = I ?L 1mm，Ltaper = L 0 ?L 1mm，W50 = 0.85mm。
4.如权利要求1所述的基片集成波导三角形铁氧体环行器，其特征在于，各项参数为: p = 0.6mm，D = 0.4mmasiw = 4.1 ~ 4.16mm，A = 2.25 ?2.3mm, Wtaper = I ?L ImmLtaper=1.0 ?1.1mm，W50 = 0.9mm。
5.如权利要求1所述的基片集成波导三角形铁氧体环行器，其特征在于，各项参数为: p = 0.6mm，D = 0.4mmasiw = 4.1 ~ 4.16mm，A = 2.3 ~ 2.4mm, Wtaper = I ?L ImmLtaper=L 5 ?L lmm, W50 = 0.85mm。
【文档编号】H01P1/387GK103972626SQ201410117802
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】张彪, 陈良, 秦森, 汪晓光, 邓龙江, 谢建良 申请人:电子科技大学