一种高隔离度大带宽环形器和隔离器

本发明属于通信，尤其涉及一种高隔离度大带宽环形器和隔离器。

背景技术：

1、在无线通信系统中，隔离器、环形器等通信器件作为非互易器件，一般设置于发射机链路中的功放模块和射频滤波器或者天线之间。隔离器或环形器能够单向传输高频信号能量，可以保护电路中的元件使其免受无用信号的损害，避免由于端口不匹配造成大功率反射信号倒灌，损害发射机器件。

2、目前，常用的环形器是利用旋磁铁氧体基片在适当的恒稳磁场作用下，驻波场型旋转而实现微波环行，再通过负载吸收指定端口的微波信号实现隔离器单向传播特性。这种原理的隔离器或者环形器一般隔离度有限，带宽较小，使用场景受到限制，难以满足当前通信系统对信号带宽不断增加的需求。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

4、常用的环形器是利用旋磁铁氧体基片在适当的恒稳磁场作用下，驻波场型旋转而实现微波环行，再通过负载吸收指定端口的微波信号实现隔离器单向传播特性。这种原理的隔离器或者环形器一般隔离度有限，带宽较小，使用场景受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高隔离度大带宽环形器和隔离器。

2、本发明是这样实现的，一种高隔离度大带宽隔离器的结构，包括以下组件：

3、铁氧体和介质条，带状排列并紧密相接放置于金属波导中，由底部腔体和顶部盖板组成；

4、介质条的宽度需要尽量小，一般小于工作波长的五十分之一，最大不超过工作波长的四分之一。

5、铁氧体的宽度尽量大，一般大于工作波长的二十分之一。

6、铁氧体和介质条的长度根据隔离度需求选择，长度越长隔离度越大。一般大于十分之一波长即可以有40db以上的隔离度。

7、金属波导两侧各放置有高介电常数陶瓷块，用于降低截止频率并进行阻抗匹配；

8、铁氧体的上下两面分别放置有磁铁片，以提供偏置磁场；

9、sma接头通过顶部盖板向金属波导内部馈入信号。馈电方向需要垂直于陶瓷块的厚度方向，产生电场垂直于厚度方向的传输波。

10、进一步，其工作原理的特征在于：

11、在特定微波频段内，存在体波传输模式的禁带；

12、通过调整介质条宽度，产生唯一的单向传输模式，信号仅能沿一个方向传输，而在相反方向能量无法传输。

13、本发明还提供了一种高隔离度大带宽环形器的结构和工作原理，其特征在于包括以下组件和特性：

14、中心三角形铁氧体，以及三个紧密相接于铁氧体边缘的介质条，放置于金属波导中，由底部腔体和顶部盖板组成；

15、金属波导的三个端口各放置有高介电常数陶瓷块，以降低截止频率并进行阻抗匹配；

16、铁氧体的上下两面分别放置有磁铁片，以提供偏置磁场；

17、环形器结构中，在特定微波频段存在体波传输模式的禁带，通过调整介质条宽度，在该禁带频段产生唯一的单向传输模式；

18、每个端口馈入的信号仅能沿一个方向传输到另一个端口，而无法传输到第三个端口，实现三个端口之间的环形单向传输。

19、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

20、第一、本发明提供的提供了一种基于金属波导中的分层介质和铁氧体组合而成隔离器和环形器，其可以提供极高的隔离度，展宽的相对带宽，同时保持低的插入损耗。

21、本发明提供的提供了一种基于金属波导中的分层介质和铁氧体组合而成隔离器和环形器，其可以提供极高的隔离度，展宽的相对带宽，同时保持低的插入损耗。

22、第二，本发明提供的高隔离度大带宽环形器和隔离器的设计相比于传统设备，在以下方面取得了显著的技术进步：

23、1)高隔离度性能：

24、通过优化铁氧体和介质条的配置，以及磁铁片的应用，显著提高了隔离器和环形器的隔离度。这意味着信号干扰和泄漏极小，保证了信号的纯净和系统的稳定性。

25、2)大带宽操作：

26、设计允许在更宽的频率范围内工作，增加了设备的应用范围和灵活性。这对于现代通信系统中需要处理多种信号和频段的情况尤其重要。

27、3)优化的体波传输模式：

28、通过调整介质条的宽度和铁氧体的配置，实现了特定微波频段内体波传输模式的禁带，进一步提高了设备的性能和效率。

29、4)单向传输能力：

30、设备能够在特定频段产生唯一的单向传输模式，这对于防止反向信号干扰和提高信号传输质量至关重要。

31、5)阻抗匹配的优化：

32、通过引入高介电常数陶瓷块，改善了金属波导的阻抗匹配，减少了信号反射和损耗，提高了整体系统的效率。

33、6)结构的紧凑性和稳定性：

34、结构设计的紧凑和磁铁片的稳定偏置磁场，保证了设备的小体积和高可靠性，适合于各种紧凑的安装环境。

35、7)能量传输的效率：

36、提高了信号在环形器和隔离器中的传输效率，减少了能量的损耗，使设备在整个工作频段内都能保持高效的能量传输。

37、本发明提供的高隔离度大带宽环形器和隔离器的设计，在技术性能、应用灵活性、稳定性和效率等方面都取得了显著的进步，满足了现代通信和电子系统对高性能微波组件的需求。

38、第三，本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明在很大的工作带宽范围内实现了极高的隔离度性能，突破了传统隔离器只有在极窄的带宽内有较高隔离度的限制，满足了目前通信系统对带宽要求越来越大的需求。

技术特征：

1.一种高隔离度大带宽环形器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的高隔离度大带宽隔离器的结构，其特征在于，所述sma接头通过顶部盖板与金属波导内部相连，确保信号的传输方向垂直于高介电常数陶瓷块的厚度方向，从而在金属波导内形成电场垂直于陶瓷块厚度的传输波，以实现高效的信号隔离和传输；所述铁氧体和介质条的长度根据隔离度需求选择，长度越长隔离度越大，当长度大于十分之一波长时，隔离度达到40db以上。

3.如权利要求1所述的环形器，其特征在于，在特定微波频段内存在体波传输模式的禁带；通过调整介质条的宽度，在禁带频段内产生单向传输模式，使信号仅能沿一个方向在三个端口之间环形传输。

4.如权利要求1所述的环形器，其特征在于，介质条和铁氧体的尺寸、形状和布局经过优化，以提高传输效率和隔离度；陶瓷块的介电常数选择以降低波导的截止频率，实现更好的阻抗匹配；磁铁片的布置优化以产生均匀且足够强的偏置磁场，以确保环形器在整个工作频带内具有高效的单向传输性能。

5.如权利要求1所述的环形器，其特征在于，金属腔体及其盖板组合成完整的金属波导。在金属波导内部，铁氧体被放置在中间位置，紧靠着金属波导的一个底边，而与金属波导的另一边则保留一段空隙，用于安置介质条。铁氧体和介质条的上下方分别设置有永磁体。此外，在金属波导的两侧放置有陶瓷块。垂直于金属波导的方向上，馈电接头穿过盖板和陶瓷块，向金属波导内部馈送能量。

6.一种高隔离度大带宽隔离器，其特征在于，包括：

7.如权利要求1所述的隔离器，其特征在于，

8.如权利要求1所述的隔离器，其特征在于，介质条和铁氧体的几何尺寸和排列方式经过精密设计，以确保在所需频段内实现高隔离度；陶瓷块的介电常数和位置调整以优化阻抗匹配，降低插入损耗；磁铁片的布置和磁场强度调整以提供稳定且有效的偏置磁场，确保隔离器的宽带性能。

技术总结
本发明属于通信技术领域，公开了一种高隔离度大带宽环形器和隔离器，本发明提供的高隔离度大带宽环形器和隔离器包括：铁氧体、介质条、高介电常数陶瓷块、上磁铁片、下磁铁片、顶部盖板、底部腔体、SMA接头。本发明提供的提供了一种基于金属波导中的分层介质和铁氧体组合而成隔离器和环形器，其可以提供极高的隔离度，展宽的相对带宽，同时保持低的插入损耗。

技术研发人员：姜涛,梁丹,张锐
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8