專利名稱：一種電抗調(diào)節(jié)的t型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波、毫米波器件技術(shù)件領(lǐng)域，涉及平面集成波導(dǎo)(SIW)環(huán)行器。
背景技術(shù)：
環(huán)行器是將進(jìn)入其任一端口的入射電磁波，按照由靜偏磁場(chǎng)確定的方向順序傳入下一個(gè)端口的多端口器件。由于環(huán)行器具有單向(順時(shí)針或逆時(shí)針)傳輸特性，即某一端口的輸入信號(hào)只能按照順時(shí)針或逆時(shí)針方向從下一個(gè)端口輸出，而其他端口沒有輸出信號(hào)， 因此環(huán)行器通常也叫做隔離器。環(huán)行器的單向傳輸特性是由于采用了鐵氧體旋磁材料，這種材料在外加高頻波場(chǎng)和恒定直流磁場(chǎng)共同作用下，產(chǎn)生旋磁特性(又稱張量磁導(dǎo)率特性)。正是這種旋磁特性， 使在鐵氧體中傳播的電磁波發(fā)生極化旋轉(zhuǎn)(法拉第效應(yīng))，以及電磁波能量強(qiáng)烈吸收(鐵磁共振)，正是利用這個(gè)旋磁現(xiàn)象，制作出結(jié)型隔離器或環(huán)行器。它具有體積小、頻帶寬、插損小等特點(diǎn)，廣泛用于各類微波通信系統(tǒng)中。常見的環(huán)行器為三端口器件，具有三個(gè)輸入或輸出端口，三個(gè)端口之間互成120 度夾角。隨著通信收發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，各種環(huán)形器應(yīng)運(yùn)而生，小型化的以微帶為主，但功率不高；高功率的以波導(dǎo)為主，但不易集成。對(duì)于頻率而言，毫米波段具有信息容量大，方向性好，并且在毫米波段的微波器件具有體積小重量輕的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)今通信領(lǐng)域的發(fā)展方向，因此毫米波段的環(huán)行器已成為微波通信器件中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在各類電子元器件向小型化、集成化方向發(fā)展的今天，許多微波、毫米波器件開始采用平面集成波導(dǎo)作為信號(hào)傳輸載體。所謂平面集成波導(dǎo)包括兩面沉積金屬的介質(zhì)層，以及連接兩面金屬層、且相互平行的金屬化過(guò)孔，由兩面金屬層和連接兩面金屬層、且相互平行的金屬化過(guò)孔形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)諧振腔內(nèi)部填充物為介質(zhì)層(同時(shí)作為金屬層的載體支撐物)?，F(xiàn)有技術(shù)中，最具典型意義的一種小型化、可集成的環(huán)行器為平面集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的環(huán)行器。平面集成波導(dǎo)環(huán)行器是采用平面集成波導(dǎo)作為電磁波傳輸通道，在平面集成波導(dǎo)的中心位置設(shè)置旋磁鐵氧體(中心結(jié)鐵氧體)，并在中心結(jié)鐵氧體處同時(shí)設(shè)置一個(gè)偏置磁場(chǎng)鐵氧體，利用中心結(jié)鐵氧體和偏置磁場(chǎng)鐵氧體的共同作用，為環(huán)行器提供旋磁效應(yīng) (單向傳輸特性)?，F(xiàn)有的一種平面集成波導(dǎo)環(huán)行器結(jié)構(gòu)如圖1所示，它采用了傳統(tǒng)環(huán)行器的Y型中心結(jié)結(jié)構(gòu)，其三個(gè)端口之間互成120度夾角。該平面集成波導(dǎo)環(huán)行器雖然自身體積小，但由于采用Y型中心結(jié)結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)輸入/輸出端口與微帶線連接時(shí)，需要犧牲更大的芯片面積用于增加微帶到集成波導(dǎo)的過(guò)渡連接，其小型化和集成度有待進(jìn)一步改善；該平面集成波導(dǎo)環(huán)行器無(wú)法消除中心結(jié)輸入阻抗的虛數(shù)部分，阻抗匹配不夠理想，導(dǎo)致帶寬較窄，性能無(wú)法提高，體積也無(wú)法進(jìn)一步縮小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，該環(huán)行器具有鏡面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鏡面對(duì)稱的兩個(gè)端口相互平行并垂直于第三端口，使得三個(gè)端口之間形成T型結(jié)構(gòu)；由于該環(huán)行器的三個(gè)端口呈T型結(jié)構(gòu)，無(wú)需犧牲更大的芯片面積用于增加微帶到集成波導(dǎo)的過(guò)渡連接，從而使得整體器件小型化和集成度得到進(jìn)一步改善；鏡面對(duì)稱的兩個(gè)弧線形 SIW上分別引入了感抗性金屬化通孔，直線形SIW的對(duì)稱軸線上內(nèi)嵌了容抗性金屬化孔穴 (該孔穴不是通孔，未穿透介質(zhì)層)；由于在SIW上引入了電抗調(diào)節(jié)孔，消除或部分抵消了中心結(jié)輸入阻抗的虛數(shù)部分，使得匹配更加良好，性能得到改善；更可減小SIW長(zhǎng)度，縮小SIW 環(huán)形器體積。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，如圖2所示，具有鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)； 包括一個(gè)正三角形介質(zhì)腔、三段平面集成波導(dǎo)、一個(gè)中心結(jié)旋磁鐵氧體；所述三段平面集成波導(dǎo)包括兩段弧線形平面集成波導(dǎo)和一段直線形平面集成波導(dǎo)，三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)內(nèi)部端口分別與正三角形介質(zhì)腔的三個(gè)邊相連、另外三個(gè)外部端口作為環(huán)行器的輸入或輸出端口 ；所述三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)外部端口形成T型端口結(jié)構(gòu)，即兩段弧線形平面集成波導(dǎo)的外部端口相互平行且垂直于直線形平面集成波導(dǎo)的外部端口 ；所述正三角形介質(zhì)腔和三段平面集成波導(dǎo)由兩面沉積金屬層的介質(zhì)材料整體加工而成，其中三段平面集成波導(dǎo)的側(cè)壁由連接兩面金屬層的金屬化通孔形成；所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的形狀為圓柱體， 位于正三角形介質(zhì)腔中心、其兩個(gè)圓形表面與介質(zhì)材料兩面的金屬層平行、且高度不超過(guò)介質(zhì)層厚度；若弧線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度大于直線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度，則在兩段弧線形平面集成波導(dǎo)中各開出一個(gè)感抗性金屬化通孔，并在直線形平面集成波導(dǎo)中開出一個(gè)容抗性金屬化空穴，所述容抗性金屬化空穴的高度小于介質(zhì)層厚度；若弧線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度小于直線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度，則在兩段弧線形平面集成波導(dǎo)中各開出一個(gè)容抗性金屬化空穴，所述容抗性金屬化空穴的高度小于介質(zhì)層厚度，并在直線形平面集成波導(dǎo)中開出一個(gè)感抗性金屬化通孔。上述技術(shù)方案所提供的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器還可以包括一個(gè)偏置磁化鐵氧體；所述偏置磁化鐵氧體位于所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的正上方或正下方。本發(fā)明提供的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循1、設(shè)本發(fā)明所述環(huán)行器中平面集成波導(dǎo)的等效寬邊尺寸為arff，根據(jù)矩形波導(dǎo)基
膜TEltl的截止頻率義。=’和擬設(shè)計(jì)的環(huán)行器中心工作頻率fo (要求fo > fcl0)，可以
確定平面集成波導(dǎo)的寬邊尺寸范圍 > 2f‘唭中μ是平面集成波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)材料的磁導(dǎo)率、ε是平面集成波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)材料的介電常數(shù)。2、所述環(huán)行器中平面集成波導(dǎo)兩排金屬化通孔圓心之間的距離a、金屬通孔的直
徑d和相鄰兩個(gè)金屬通孔圓心之間的距離ρ滿足有效寬度的經(jīng)驗(yàn)公式義#。
0.95 ρ3、采用介質(zhì)共振子的理論，按照鐵氧體圓盤結(jié)模TM111共振子，可知中心結(jié)旋磁鐵氧體應(yīng)當(dāng)滿足一面為磁壁而另一面為電壁的λ/4開路介質(zhì)共振模式
廠，nl/2
-Φ 」
電常數(shù)為ef。4、所述兩段弧形平面集成波導(dǎo)的弧度為30°，即與正三角形介質(zhì)腔其中兩邊分別相連的兩段弧形平面集成波導(dǎo)，分別向外轉(zhuǎn)過(guò)30°的弧度正好實(shí)現(xiàn)兩段弧形平面集成波導(dǎo)的外部端口相互平行且垂直于直線型平面集成波導(dǎo)的外部端口(即T型端口結(jié)構(gòu))5、為滿足本發(fā)明所述平面集成波導(dǎo)環(huán)行器與微帶線之間的匹配連接，在所述平面集成波導(dǎo)環(huán)行器三個(gè)端口與外部微帶線電路之間采用漸變微帶線作為過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)，這里使?jié)u變線的一段嵌入SIW，另一端與外接為帶線連接。漸變式微帶線的漸變方式為直線漸變或曲線漸變方式。6、所述環(huán)行器中的感抗性金屬化通孔，其原理為通過(guò)引入金屬化通孔，使SIW的有效寬度發(fā)生變化，從而引入電感L。感抗性金屬化通孔到SIW金屬化通孔的距離可以改變電感L的大??；改變其與中心結(jié)負(fù)載ZL的相對(duì)位置，能得到不同輸入阻抗Zin ；結(jié)合漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)和感抗性金屬化通孔，可在弧線形SIW較短的尺寸范圍內(nèi)，使輸入電阻Rin與傳輸線ZO —致，輸入電抗Xin與通孔產(chǎn)生的電抗L抵消或部分抵消，實(shí)現(xiàn)匹配，如圖4所示。7、所述環(huán)行器中的容抗性金屬化空穴(即孔穴不是通孔，未穿透介質(zhì)層)，其原理為通過(guò)引入金屬化空穴，使SIW的高度發(fā)生變化，從而引入電容C。容抗性金屬化空穴的高度和半徑可以改變電容C的大?。桓淖兤渑c中心結(jié)負(fù)載ZL的相對(duì)位置，能得到不同輸入阻抗Zin;結(jié)合漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)和感抗性金屬化通孔，可在直線形SIW較短的尺寸范圍內(nèi)，使輸入電阻Rin與傳輸線一致Z0，輸入電抗Xin與非通孔產(chǎn)生的電抗抵消或部分抵消，實(shí)現(xiàn)匹配，如圖5所示。8、電抗性金屬化通孔和容抗性金屬化空穴的分配原則一般環(huán)形器呈軸對(duì)稱圖形，可以分為兩個(gè)對(duì)稱波導(dǎo)和一個(gè)在對(duì)稱軸上的直波導(dǎo)。若直波導(dǎo)較長(zhǎng)，則直波導(dǎo)用感抗性金屬化通孔進(jìn)行匹配，對(duì)稱波導(dǎo)用容抗性金屬化非通孔進(jìn)行匹配；若對(duì)稱波導(dǎo)較長(zhǎng)，則對(duì)稱波導(dǎo)用感抗性金屬化通孔進(jìn)行匹配，直波導(dǎo)用容抗性金屬化非通孔進(jìn)行匹配。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，由于將環(huán)行器三個(gè)端口設(shè)計(jì)成非常緊湊的T端口結(jié)構(gòu)，無(wú)需犧牲更大的芯片面積用于增加微帶到集成波導(dǎo)的過(guò)渡連接，從而使得整體器件小型化和集成度得到進(jìn)一步改善；同時(shí)由于增加容抗性和感抗性調(diào)節(jié)孔，消除或部分抵消了中心結(jié)輸入阻抗的虛數(shù)部分，使匹配更加理想，性能得到改善；由于電抗匹配的過(guò)程中縮短了 SIW長(zhǎng)度，可進(jìn)一步減小了 SIW環(huán)形器的體積。本發(fā)明提供的電抗調(diào)節(jié)的 T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器具有隔離性能高、插入損耗低和端口駐波小的特點(diǎn)，能夠滿足小型化、集成式微波/毫米波通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求。


圖1是現(xiàn)有的一種Y型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器結(jié)構(gòu)示意圖。
+ (1.84)2 ，其中Kq = 2 π / λ。，中心結(jié)旋磁鐵氧體半徑為R、高度為h、介
圖3是平面集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)示意圖。圖4是感抗性金屬化通孔產(chǎn)生的電感與輸入阻抗的示意圖。圖5是容抗性金屬化空穴產(chǎn)生的電容與輸入阻抗的示意圖。圖6是本發(fā)明提供的具有內(nèi)嵌式過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)的電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)比實(shí)施方式一種T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，如圖2所示，具有鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)；包括一個(gè)正三角形介質(zhì)腔、三段平面集成波導(dǎo)、一個(gè)中心結(jié)旋磁鐵氧體和一個(gè)偏置磁化鐵氧體；所述三段平面集成波導(dǎo)包括兩段弧線形平面集成波導(dǎo)和一段直線形平面集成波導(dǎo)，三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)內(nèi)部端口分別與正三角形介質(zhì)腔的三個(gè)邊相連、另外三個(gè)外部端口作為環(huán)行器的輸入或輸出端口 ；所述三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)外部端口形成T型端口結(jié)構(gòu)，即兩段弧線形平面集成波導(dǎo)的外部端口相互平行且垂直于直線形平面集成波導(dǎo)的外部端口 ；所述正三角形介質(zhì)腔和三段平面集成波導(dǎo)由兩面沉積金屬層的介質(zhì)材料整體加工而成，其中三段平面集成波導(dǎo)的側(cè)壁由連接兩面金屬層的金屬化通孔形成；所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的形狀為圓柱體，位于正三角形介質(zhì)腔中心、其兩個(gè)圓形表面與介質(zhì)材料兩面的金屬層平行、且高度不超過(guò)介質(zhì)層厚度；所述偏置磁化鐵氧體位于所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的正上方或正下方。上述T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，還包括漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)；所述漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)一端與環(huán)行器的輸入或輸出端口相連，另一端與環(huán)行器的外部微帶電路相連；漸變式微帶線的漸變方式為直線漸變方式。針對(duì)35. 5GHz-36GHz的高頻工作頻率，設(shè)計(jì)時(shí)使用taconic的TLY-5-0400-C1/ C1-12X18型板材(介質(zhì)為聚四氟乙烯，相對(duì)介電常數(shù)2. 17，板材上下金屬銅層的厚為20um， 板材厚度為Imm)制作，經(jīng)過(guò)優(yōu)化仿真最終得到各尺寸參數(shù)為平面集成波導(dǎo)金屬化通孔直徑d = 0. 5_、孔間距p = 0. 6_、高度h = ；平面集成波導(dǎo)等效寬度Eieff = 5. 3mm ；正三角形邊長(zhǎng)6. 6mm ；中心結(jié)旋磁鐵氧體采用相對(duì)介電常數(shù)、=13. 5、飽和磁化強(qiáng)度4 π Ms = 5000高斯的YCaV鐵氧體材料制作，其半徑R為0. 88mm、高度為Imm ；偏置磁化鐵氧體提供的偏置磁場(chǎng)大小為16000A/m ；直線漸變式微帶線與平面集成波導(dǎo)相連的一端寬為4. 1mm、 與外部電路微帶線相連的一端寬為3. 4mm、漸變長(zhǎng)度為1. 0mm、嵌入深度為0. 7mm。上述T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器最終尺寸為8. 7mm*9. 68mm*lmm,制作完成后采用標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭和網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀測(cè)試其性能，測(cè)試結(jié)果如下。在500MHz的工作帶寬(35. 5GHz 36GHz)上，各參數(shù)為Sll = -24 -27dB，S22 = -25 -33. 5dB,S21 = -23 -30dB，S12 = -0. 15 -0. 18dB,VSffR = 1. 1 1. 16滿足常規(guī)要求(隔離和回波損耗大于20dB)的帶寬為1GHz，頻率范圍為35. 4 36. 4GHz，各參數(shù)為Sll = -22. 5 -27dB，S22 = -21. 5 -33. 5dB,
S21 = -20 -30dB，S12 = -0. 15 -0. 25dB,VSffR = 1. 1 1. 18本發(fā)明
具體實(shí)施例方式一種電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，如圖6所示，具有鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)； 包括一個(gè)正三角形介質(zhì)腔、三段平面集成波導(dǎo)、一個(gè)中心結(jié)旋磁鐵氧體和一個(gè)偏置磁化鐵氧體；所述三段平面集成波導(dǎo)包括兩段弧線形平面集成波導(dǎo)和一段直線形平面集成波導(dǎo)， 三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)內(nèi)部端口分別與正三角形介質(zhì)腔的三個(gè)邊相連、另外三個(gè)外部端口作為環(huán)行器的輸入或輸出端口 ；所述三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)外部端口形成T型端口結(jié)構(gòu)，即兩段弧線形平面集成波導(dǎo)的外部端口相互平行且垂直于直線形平面集成波導(dǎo)的外部端口 ；所述正三角形介質(zhì)腔和三段平面集成波導(dǎo)由兩面沉積金屬層的介質(zhì)材料整體加工而成，其中三段平面集成波導(dǎo)的側(cè)壁由連接兩面金屬層的金屬化通孔形成；所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的形狀為圓柱體，位于正三角形介質(zhì)腔中心、其兩個(gè)圓形表面與介質(zhì)材料兩面的金屬層平行、且高度不超過(guò)介質(zhì)層厚度；所述偏置磁化鐵氧體位于所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的正上方或正下方；由于弧線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度大于直線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度，則在兩段弧線形平面集成波導(dǎo)中各開出一個(gè)感抗性金屬化通孔，并在直線形平面集成波導(dǎo)中開出一個(gè)容抗性金屬化空穴，所述容抗性金屬化空穴的高度小于介質(zhì)層厚度。上述電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，還包括過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)，所述過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌式過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)嵌式過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)為漸變式微帶線，漸變式微帶線一端與環(huán)行器的輸入或輸出端口相連，另一端與環(huán)行器的外部微帶電路相連；漸變式微帶線的漸變方式為直線漸變或曲線漸變方式。由于弧線形平面集成波導(dǎo)構(gòu)成的對(duì)稱波導(dǎo)，比軸線上的直線形波導(dǎo)長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)在對(duì)稱波導(dǎo)上用感抗性金屬化通孔進(jìn)行匹配，直波導(dǎo)用容抗性金屬化非通孔進(jìn)行匹配。針對(duì)擴(kuò)展后35GHz-36GHz的高頻工作頻率，設(shè)計(jì)時(shí)使用taconic的 TLY-5-0400-C1/C1-12X18型板材(介質(zhì)為聚四氟乙烯，相對(duì)介電常數(shù)2. 17，板材上下金屬銅層的厚為20um，板材厚度為Imm)制作，經(jīng)過(guò)優(yōu)化仿真最終得到各尺寸參數(shù)為平面集成波導(dǎo)金屬化通孔直徑d = 0. 5mm、孔間距ρ = 0. 6mm、高度h = Imm ；平面集成波導(dǎo)等效寬度Eieff = 5. 3mm ；正三角形邊長(zhǎng)6. 6mm ；感抗性金屬化通孔直徑d = 0. 5mm，其圓心離平面集成波導(dǎo)通孔圓心的距離為0. 6mm,與三角形腔體鄰近邊的弧度為6度；容抗性金屬化空穴直徑d = 0. 5mm,高度h = 0. 5mm，其圓心位于直波導(dǎo)對(duì)稱軸上，離三角形腔鄰近邊的距離為 0. 5mm ；中心結(jié)旋磁鐵氧體采用相對(duì)介電常數(shù)ε ^ = 13. 5、飽和磁化強(qiáng)度4 π Ms = 5000高斯的YCaV鐵氧體材料制作，其半徑R為0. 88mm、高度為Imm ；偏置磁化鐵氧體提供的偏置磁場(chǎng)大小為16000A/m ；直線漸變式微帶線與平面集成波導(dǎo)相連的一端寬為4. 1mm、與外部電路微帶線相連的一端寬為3. 4mm、漸變長(zhǎng)度為1. 0mm、嵌入深度為0. 7mm。最終結(jié)構(gòu)如圖6所
7J\ ο上述電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器最終尺寸為7. 6mm*7. 9mm*lmm，該尺寸和同波段的微帶環(huán)形器相當(dāng)，制作完成后采用標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭和網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀測(cè)試其性能，測(cè)試結(jié)果如下。在IGHz的工作帶寬(34. 8GHz 36GHz)上，各參數(shù)為Sll = -25 -38dB，S22 = -26 -40. 5dB,
S21 = -25. 5 -33dB，S12 = -0. 15 -0. 18dB,VSffR = 1. 05 1. 16滿足常規(guī)要求(隔離和回波損耗大于20dB)的帶寬約為2GHz，頻率范圍為34. 4 36. 4GHz，各參數(shù)為Sll = -20. 5 -38dB，S22 = -21 -40. 5dB,S21 = -21 -33dB，S12 = -0. 15 -0. 24dB,VSffR = 1. 05 1. 2對(duì)比加電抗前后的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)金屬化孔的電抗調(diào)節(jié)后，SIW環(huán)行器的性能提高、帶寬拓寬1倍左右、體積縮小，證實(shí)了這種調(diào)節(jié)方式的可行。
權(quán)利要求
1.一種電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，具有鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)；包括一個(gè)正三角形介質(zhì)腔、三段平面集成波導(dǎo)、一個(gè)中心結(jié)旋磁鐵氧體；所述三段平面集成波導(dǎo)包括兩段弧線形平面集成波導(dǎo)和一段直線形平面集成波導(dǎo)，三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)內(nèi)部端口分別與正三角形介質(zhì)腔的三個(gè)邊相連、另外三個(gè)外部端口作為環(huán)行器的輸入或輸出端口 ；所述三段平面集成波導(dǎo)的三個(gè)外部端口形成T型端口結(jié)構(gòu)，即兩段弧線形平面集成波導(dǎo)的外部端口相互平行且垂直于直線形平面集成波導(dǎo)的外部端口 ；所述正三角形介質(zhì)腔和三段平面集成波導(dǎo)由兩面沉積金屬層的介質(zhì)材料整體加工而成，其中三段平面集成波導(dǎo)的側(cè)壁由連接兩面金屬層的金屬化通孔形成；所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的形狀為圓柱體，位于正三角形介質(zhì)腔中心、其兩個(gè)圓形表面與介質(zhì)材料兩面的金屬層平行、且高度不超過(guò)介質(zhì)層厚度；若弧線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度大于直線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度，則在兩段弧線形平面集成波導(dǎo)中各開出一個(gè)感抗性金屬化通孔，并在直線形平面集成波導(dǎo)中開出一個(gè)容抗性金屬化空穴，所述容抗性金屬化空穴的高度小于介質(zhì)層厚度；若弧線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度小于直線形平面集成波導(dǎo)的長(zhǎng)度，則在兩段弧線形平面集成波導(dǎo)中各開出一個(gè)容抗性金屬化空穴，所述容抗性金屬化空穴的高度小于介質(zhì)層厚度，并在直線形平面集成波導(dǎo)中開出一個(gè)感抗性金屬化通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，所述T 型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器還包括一個(gè)偏置磁化鐵氧體；所述偏置磁化鐵氧體位于所述中心結(jié)旋磁鐵氧體的正上方或正下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電抗調(diào)節(jié)的的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，所述三段平面集成波導(dǎo)的等效寬邊尺寸^!· > 2f‘，其中μ是平面集成波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)材料的磁導(dǎo)率、ε是平面集成波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)材料的介電常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述電抗調(diào)節(jié)的的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于， 所述環(huán)行器中平面集成波導(dǎo)兩排金屬化通孔圓心之間的距離a、金屬通孔的直徑d和相鄰兩個(gè)金屬通孔圓心之間的距離P滿足有效寬度的經(jīng)驗(yàn)公式。0.95 ρ
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電抗調(diào)節(jié)的的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，所述中心結(jié)旋磁鐵氧體滿足一面為磁壁而另一面為電壁的λ/4開路介質(zhì)共振模式廠，nl/2-Φ 」電常數(shù)為ef。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電抗調(diào)節(jié)的的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，所述電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器還包括漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)；所述漸變式微帶線過(guò)渡連接結(jié)構(gòu)一端與環(huán)行器的輸入或輸出端口相連，另一端與環(huán)行器的外部微帶電路相連；漸變式微帶線的漸變方式為直線漸變或曲線漸變方式。+ (1.84)2 ，其中Kq = 2 π / λ。，中心結(jié)旋磁鐵氧體半徑為R、高度為h、介
全文摘要
一種電抗調(diào)節(jié)的T型端口平面集成波導(dǎo)環(huán)行器，屬于微波、毫米波器件技術(shù)件領(lǐng)域。包括一個(gè)正三角形介質(zhì)腔、三段平面集成波導(dǎo)、一個(gè)中心結(jié)旋磁鐵氧體；所述三段平面集成波導(dǎo)包括兩段弧線形和一段直線形平面集成波導(dǎo)，環(huán)行器的三個(gè)端口呈T型結(jié)構(gòu)；所述平面集成波導(dǎo)具有感抗性金屬化通孔或容抗性金屬化空穴。本發(fā)明提供的環(huán)行器具有T型端口結(jié)構(gòu)，使得整體器件小型化和集成度得到進(jìn)一步改善；同時(shí)由于增加容抗性和感抗性調(diào)節(jié)孔，消除或部分抵消了中心結(jié)輸入阻抗的虛數(shù)部分，使匹配更加理想，性能得到改善，體積進(jìn)一步縮?。槐景l(fā)明同時(shí)具有隔離性能高、插入損耗低和端口駐波小的特點(diǎn)，能夠滿足小型化、集成式微波/毫米波通信系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)H01P1/39GK102377005SQ201110198239
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者汪圣稀, 汪曉光, 鄧龍江, 陳良 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)