一种SIW单脊波导环行器的制作方法

本发明涉及微波通信领域，涉及传输线技术，具体涉及到一种siw单脊波导环行器。

背景技术：

随着科学的发展以及技术的进步，工作频带扩展到几个倍频程的铁氧体环行器由于具有非选择特性的微波性能而受到广泛重视。因此，宽频带环行器愈加成为现代化非互易器件的流行趋势，是宽带微波传输系统的重要组成部分。

但是，传统金属波导部件体积大，结构笨重，加工和调试过程复杂，并且受到截止频率限制，工作带宽较窄。而微带机构的半开放式特征，使能量的泄露和辐射非常明显，品质因数较低，功率容量低。

波导环行器带宽窄，尺寸大，而微带环行器功率容量低；因此环行器在功率容量、小型化和带宽宽之间存在不可调和的矛盾。采用siw设计环行器可以保证功率的同时实现小型化，而如今，siw环行器大多采用结内匹配展宽带宽，即针对铁氧体进行阻抗匹配。在铁氧体附近打入金属销钉来展宽带宽，但是由于受siw尺寸影响，调节销钉会比较困难，因此带宽并不能很好展宽。而且siw环行器结外匹配大都采用微带线匹配方法，但是由于微带线从siw末端开始匹配，会增大匹配长度，在一定程度上增大器件体积，这与实现小型化的目的有一定的冲突性。

因此如何保证小型化、高功率容量的同时，实现宽频带成为现有环行器急于解决的问题。

技术实现要素：

针对上述存在问题或不足，为了解决现有环行器工作带宽较窄、小型化以及功率容量低不可兼具的问题，本发明提供了一种siw单脊波导环行器。

该siw单脊波导环行器包括铁氧体圆盘、介质环、腔体填充介质和siw腔体。

所述铁氧体圆盘半径为20-22mm，厚度为4mm。

所述介质环外半径为30-32mm，厚度为4mm，内半径与铁氧体圆盘半径相适应；且介质环以同心的方式相适应设置于铁氧体圆盘外围，作为环行器结内匹配，展宽带宽。

所述siw腔体由三个相同且互成120度的siw单脊波导构成。单脊波导置于siw单脊波导的腔体内，紧贴于siw的下壁。铁氧体圆盘位于三个互成120度的单脊波导中心结位置，且紧贴着各单脊波导一端的上壁，单脊波导的另一端，为环行器的端口；铁氧体圆盘与siw腔体上壁之间留有1mm间隙。

进一步的，所述单脊波导，运用切比雪夫阶梯阻抗变换方法，调整单脊波导的厚度，实现工作带宽的进一步展宽。所述腔体填充介质为空气。

本发明的siw单脊波导环行器首先通过将siw与常用作宽频带微波管的输出波导、微波元件中匹配段的单脊波导结合运用，实现了体积小型化以及较宽的工作带宽；并进一步把切比雪夫阶梯阻抗变换原理应用到该单脊波导上，再次展宽工作带宽。该siw单脊波导环行器峰值功率达3kw，具有较高的功率容量，可在保证小型化、高功率容量的同时，实现宽频带。

附图说明

图1为未进行切比雪夫阶梯阻抗变换前的siw单脊波导环行器俯视图；

图2为未进行切比雪夫阶梯阻抗变换前的siw单脊波导环行器立体示意图；

图3为已进行切比雪夫阶梯阻抗变换的siw单脊波导环行器立体示意图；

图4为未进行切比雪夫阶梯阻抗变换前的siw单脊波导环行器s参数仿真结果；

图5为未进行切比雪夫阶梯阻抗变换前的siw单脊波导环行器的smith圆图仿真结果；

图6为已进行切比雪夫阶梯阻抗变换的siw单脊波导环行器s参数仿真结果；

图7为已进行切比雪夫阶梯阻抗变换的siw单脊波导环行器的smith圆图仿真结果；

图8为已进行切比雪夫阶梯阻抗变换的siw单脊波导环行器的-15db相对带宽与工作频带处最大损耗之间的关系曲线图；

附图标记：1-填充介质，2-铁氧体圆盘，3-介质环，4-单脊波导。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

如图1所示，是一个未进行切比雪夫阶梯阻抗变换的siw单脊波导环行器，它的中心频率为1.5ghz，工作带宽仅在302.2mhz。siw单脊波导环行器的铁氧体圆盘半径22mm、厚度4mm、饱和磁矩350gauss、相对介电常数14、介电损耗角正切为0.001，有效线宽为8奥斯特。介质环半径32mm、厚度4mm、相对介电常数9.6。脊波导为铜，其宽度40mm，厚度30mm，腔体填充的介质为相对介电常数等于1.0006的空气。三个互成120度的siw单脊波导同长100mm，同宽123mm，同高41mm。

未进行切比雪夫阶梯阻抗变换前的siw单脊波导环行器，其仿真的s参数结果如图4所示，smith圆图如图5所示。

在此结构下，对单脊波导运用切比雪夫阶梯阻抗变换方法实现工作带宽进一步展宽。同时调整三个互成120度的单脊波导的厚度，从端口开始每级厚度分别为22mm，24mm，28mm，29mm。

其仿真的s参数结果如图6所示，smith圆图如图7所示。对比图4、图5可以看到，带宽从302.2mhz增加到748.5mhz，相对带宽增加30％，这就说明，对环行器的单脊波导进行厚度调整处理，可以很大地拓宽工作带宽，进而改善实际结果。最后，对-15db的相对带宽与工作频带处的最大损耗的关系进行研究，并拟合出它们的公式y＝5.133x²-3.177x+0.9876。如图8所示，随着带宽的展宽，插入损耗略微增大。

综上可见，本发明兼具了矩形高功率容量的同时，具有微带小型化，宽频带的特点。

技术特征：

技术总结
本发明涉及微波通信领域，涉及传输线技术，具体涉及到一种SIW单脊波导环行器。本发明的SIW单脊波导环行器包括铁氧体圆盘、介质环、腔体填充介质和SIW腔体；SIW腔体采用三个相同且互成120度的SIW单脊波导。本发明首先通过将SIW与常用作宽频带微波管的输出波导、微波元件中匹配段的单脊波导结合运用，实现了体积小型化以及较宽的工作带宽；并进一步把切比雪夫阶梯阻抗变换原理应用到该单脊波导上，再次展宽工作带宽。该SIW单脊波导环行器峰值功率达3kW，具有较高的功率容量，可在保证小型化、高功率容量的同时，实现宽频带。

技术研发人员：汪晓光;陈凤婷;谢海岩;田松杰
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2019.01.21
技术公布日：2019.04.16