超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器的制造方法
【專利摘要】一種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，屬于移相器領(lǐng)域。該移相器包括介質(zhì)片、鐵氧體和波導(dǎo)，介質(zhì)片的上表面和下表面依次分別設(shè)有2層鐵氧體，2層鐵氧體內(nèi)穿有激勵導(dǎo)線，所述波導(dǎo)的內(nèi)腔中設(shè)有一級匹配介質(zhì)和二級匹配介質(zhì)；所述介質(zhì)片的兩端和所述鐵氧體的兩端均依次與一級匹配介質(zhì)和二級匹配介質(zhì)相連。該移相器頻帶帶寬達(dá)到33％，損耗小于1dB，駐波系數(shù)小于1.5，相移大于420°，同時該雙環(huán)鐵氧體移相器由于采用了雙鐵氧體環(huán)中間加載陶瓷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式，具有高功率承受能力、插耗低、頻帶寬、加工批生產(chǎn)成品率高的優(yōu)點。
【專利說明】超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移相器領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器。

【背景技術(shù)】
[0002] 鐵氧體器件廣泛用于各種雷達(dá)系統(tǒng)中，其中波導(dǎo)類微波鐵氧體器件占據(jù)了半壁江 山。無源相控陣?yán)走_(dá)及子陣有源相控陣?yán)走_(dá)體系都需要使用大量的這類器件。波導(dǎo)類鐵氧 體器件在天饋線中能對通過的微波信號實現(xiàn)幅度或相位的控制，但必須通過一定的介質(zhì)匹 配器實現(xiàn)鐵氧體波導(dǎo)與空波導(dǎo)的匹配。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，寬帶工作已成為發(fā)展的趨勢， 而波導(dǎo)類微波鐵氧體器件一貫以來采用的常規(guī)匹配方式已經(jīng)逐漸成為影響系統(tǒng)帶寬的瓶 頸。
[0003] 為了適應(yīng)鐵氧體移相器工作帶寬向?qū)掝l帶發(fā)展的趨勢，開展超寬帶移相器的研究 顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種超寬頻帶、損耗小、功率容量大的雙環(huán)1?功率鐵氧體移 相器。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，該移相器包括介質(zhì)片、鐵氧體和波導(dǎo)，介質(zhì) 片的上表面和下表面依次分別設(shè)有2層鐵氧體，2層鐵氧體內(nèi)穿有激勵導(dǎo)線，所述波導(dǎo)的內(nèi) 腔中設(shè)有一級匹配介質(zhì)和二級匹配介質(zhì)，所述介質(zhì)片的兩端和所述鐵氧體的兩端均依次與 一級匹配介質(zhì)和二級匹配介質(zhì)相連；其中一級匹配介質(zhì)的介電常數(shù)大于二級匹配介質(zhì)的介 電常數(shù)。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的一級匹配介質(zhì)的介電常數(shù)為7?11，二級匹配介質(zhì)的介電 常數(shù)為3. 5?4. 5 ;優(yōu)選一級匹配介質(zhì)的介電常數(shù)為10. 5?11，二級匹配介質(zhì)（6)的介電 常數(shù)為3. 5?4。
[0008] 其中，一級匹配介質(zhì)的制備方法依照中國專利申請?zhí)枮椋?3129113.9的專利公開 的內(nèi)容制備得到；二級匹配介質(zhì)的制備方法依照中國專利申請?zhí)枮?：201310723586.X的專 利公開的內(nèi)容制備得到。
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的波導(dǎo)為銅金屬波導(dǎo)。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的鐵氧體為鐵氧體矩形環(huán)。
[0011] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的介質(zhì)片（1)為陶瓷介質(zhì)片，陶瓷介質(zhì)片的介電常數(shù)為6. 7。
[0012] 本發(fā)明技術(shù)方案所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，屬于線極化非互易式鐵 氧體移相器。該移相器采用一種新型的兩級匹配方法，分別采用介電常數(shù)為3. 5?4. 5的 低損耗介質(zhì)材料與介電常數(shù)為7?11的介質(zhì)材料進(jìn)行匹配，該匹配的方式不同于常規(guī)的部 分介質(zhì)填充波導(dǎo)匹配，本發(fā)明的二級匹配均是全介質(zhì)填充波導(dǎo)匹配方法。
[0013] 通過本發(fā)明技術(shù)方案所述的兩級匹配方法獲得了鐵氧體加載（介電常數(shù)為14)波 導(dǎo)與空氣波導(dǎo)之間超過30%的匹配帶寬。本發(fā)明技術(shù)方案所述的鐵氧體材料采用高矩形 比高功率石榴石材料，本移相器最終選用的鐵氧體材料指標(biāo)如下：4 JiMs = 650Gs、矩形比 彡 0· 82、AHk = lOOe，IL 彡 0· 8。
[0014] 現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】，由于鐵氧體材料的介電常數(shù)在15左右，常規(guī)的單級匹配通常會選 用介電常數(shù)6左右的介質(zhì)來部分填充波導(dǎo)實現(xiàn)匹配，通常單級匹配能覆蓋8%的帶寬。但隨 著雷達(dá)帶寬要求的升級，僅僅調(diào)整介質(zhì)尺寸不改變介電常數(shù)，即使做兩級匹配甚至更多級 匹配，也無法大幅度增加鐵氧體器件的帶寬（很多類型的器件帶寬最多只能做到20% )，同 時多級匹配還會帶來器件尺寸加大，可靠性差等問題。
[0015] 為此，發(fā)明人進(jìn)行了一系列實驗研究，采用介電常數(shù)為3. 5?4. 5的低損耗介質(zhì)材 料與介電常數(shù)為7?11的介質(zhì)材料進(jìn)行匹配。通過選擇所述這樣的一級匹配介質(zhì)的介電常 數(shù)和二級匹配介質(zhì)的介電常數(shù)的組合，使得本發(fā)明技術(shù)方案的移相器的頻帶帶寬> 33%。
[0016] 這種采取低介低損耗介質(zhì)材料進(jìn)行寬帶匹配的設(shè)計方法，可以運用于其他波段， 將大大提高現(xiàn)有波導(dǎo)類鐵氧體器件的匹配帶寬，尤其有利于各種子陣有源雷達(dá)的寬帶實現(xiàn) 各種領(lǐng)域?qū)兄匾膽?yīng)用。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] 本發(fā)明技術(shù)方案通過介電常數(shù)為3. 5?4. 5的低損耗介質(zhì)材料與介電常數(shù)為7? 11的介質(zhì)材料進(jìn)行匹配，獲得了頻帶帶寬達(dá)到33%，損耗小于ldB，駐波系數(shù)小于1. 5,相移 大于420°，同時該雙環(huán)鐵氧體移相器由于采用了雙鐵氧體環(huán)中間加載陶瓷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)形 式，具有高功率承受能力、插耗低、頻帶寬、加工批生產(chǎn)成品率高的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 1-介質(zhì)片，2-鐵氧體，3-波導(dǎo)，4-激勵導(dǎo)線，5- -級匹配介質(zhì)，6-二級匹配介質(zhì)。

【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此：
[0022] 如圖1所示，一種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，該移相器包括介質(zhì)片（1)、鐵 氧體（2)和波導(dǎo)（3)，介質(zhì)片（1)的上表面和下表面依次分別設(shè)有2層鐵氧體（2)，2層鐵 氧體（2)內(nèi)穿有激勵導(dǎo)線（4)，所述波導(dǎo)（3)的內(nèi)腔中設(shè)有一級匹配介質(zhì)（5)和二級匹配 介質(zhì)￠)，其中一級匹配介質(zhì)（5)的介電常數(shù)大于二級匹配介質(zhì)￠)的介電常數(shù)；所述介質(zhì) 片（1)的兩端和所述鐵氧體（2)的兩端均依次與一級匹配介質(zhì)（5)和二級匹配介質(zhì)（6)相 連。進(jìn)一步優(yōu)選所述的一級匹配介質(zhì)（5)的介電常數(shù)為10. 9,二級匹配介質(zhì)（6)的介電常 數(shù)為3. 85。本發(fā)明技術(shù)方案中的波導(dǎo)（3)為銅金屬波導(dǎo)；所述的鐵氧體（2)為鐵氧體矩形 環(huán)；所述的介質(zhì)片（1)為陶瓷介質(zhì)片，陶瓷介質(zhì)片的介電常數(shù)為6. 7。
[0023] 在工作的狀態(tài)下，激勵導(dǎo)線連接驅(qū)動電路，當(dāng)電流通過時，產(chǎn)生橫向磁化場，磁力 線在鐵氧體環(huán)內(nèi)形成回路。當(dāng)高頻場通過相移段時，由于在鐵氧體中有正負(fù)圓極化波的存 在，正負(fù)圓極化波的磁導(dǎo)率不同，從而產(chǎn)生差相移。移相器在鎖式態(tài)下工作，它可以工作在 正負(fù)磁化態(tài)間的任意態(tài)。工作態(tài)控制由驅(qū)動電路來完成。在匹配段中，應(yīng)盡量減小鐵氧體 相移段到空波導(dǎo)因阻抗突變引起的反射。采用兩級四分之一波長介質(zhì)匹配，實現(xiàn)> 33%頻 率帶寬內(nèi)匹配。
[0024] 將本發(fā)明技術(shù)方案的5只移相器進(jìn)行測試，結(jié)果分析：頻帶帶寬>33%，損耗小于 ldB，駐波系數(shù)小于1. 5,相移大于420°，同時該雙環(huán)鐵氧體移相器由于采用了雙鐵氧體環(huán) 中間加載陶瓷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式，具有高功率承受能力、插耗低、頻帶寬、加工批生產(chǎn)成品率 1?的優(yōu)點。
[0025] 此外，本發(fā)明技術(shù)方案的發(fā)明人還進(jìn)行了如下對比實驗，具體結(jié)果如表1所示：
[0026] 表1不同匹配介質(zhì)以及不同組合對頻帶帶寬的影響

【權(quán)利要求】
1. 一種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，該移相器包括介質(zhì)片（1)、鐵氧體（2)和波導(dǎo) (3)，介質(zhì)片（1)的上表面和下表面依次分別設(shè)有2層鐵氧體（2)，2層鐵氧體（2)內(nèi)穿有 激勵導(dǎo)線（4)，其特征在于：所述波導(dǎo)（3)的內(nèi)腔中設(shè)有一級匹配介質(zhì)（5)和二級匹配介質(zhì) (6)，所述介質(zhì)片（1)的兩端和所述鐵氧體（2)的兩端均依次與一級匹配介質(zhì)（5)和二級匹 配介質(zhì)（6)相連；其中一級匹配介質(zhì)（5)的介電常數(shù)大于二級匹配介質(zhì)（6)的介電常數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，其特征在于：所述的一級 匹配介質(zhì)（5)的一級匹配介質(zhì)（5)的介電常數(shù)為7?11，二級匹配介質(zhì)（6)的介電常數(shù)為 3. 5 ?4. 5〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，其特征在于：所述的一級 匹配介質(zhì)（5)的介電常數(shù)為10. 5?11，二級匹配介質(zhì)（6)的介電常數(shù)為3. 5?4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，其特征在于：波導(dǎo)（3)為 銅金屬波導(dǎo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，其特征在于：所述的鐵氧 體（2)為鐵氧體矩形環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器，其特征在于：所述的介質(zhì) 片（1)為陶瓷介質(zhì)片，陶瓷介質(zhì)片的介電常數(shù)為6. 7。
【文檔編號】H01P1/195GK104393376SQ201410649426
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】胡嵐, 蔡群峰, 蔡先雷 申請人:南京國睿微波器件有限公司