專利名稱:一種超寬帶雙環(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，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)穿有激勵導線，所述波導的內(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】一種超寬帶雙環(huán)高功率鐵氧體移相器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及移相器領(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系統(tǒng)中，其中波導類微波鐵氧體器件占據(jù)了半壁江 山。無源相控陣雷達及子陣有源相控陣雷達體系都需要使用大量的這類器件。波導類鐵氧 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)鐵氧體波導與空波導的匹配。隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，寬帶工作已成為發(fā)展的趨勢， 而波導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宄 顯得尤為重要。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的是提供一種超寬頻帶、損耗小、功率容量大的雙環(huán)高功率鐵氧 體移相器。
[0005] 本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 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、鐵氧體和波導，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)穿有激勵導線，所述波導的內(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] 本實用新型技術(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)枮椋?01310723586.X的專 利公開的內(nèi)容制備得到。
[0009] 本實用新型技術(shù)方案所述的波導為銅金屬波導。
[0010] 本實用新型技術(shù)方案所述的鐵氧體為鐵氧體矩形環(huán)。
[0011] 本實用新型技術(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. 7〇
[0012] 本實用新型技術(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)填充波導匹配，本發(fā)明的二級匹配均是全介質(zhì)填充波導匹配方法。
[0013] 通過本實用新型技術(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)波導與空氣波導之間超過30%的匹配帶寬。本實用新型技術(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如下：4 Jr Ms= 650Gs、 矩形比彡 〇? 82、AHk= 100e，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)來部分填充波導實現(xiàn)匹配，通常單級匹配能覆蓋8%的帶寬。但隨 著雷達帶寬要求的升級，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)明人進行了一系列實驗研宄，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，使得本實用新型技術(shù)方案的移相器的頻帶帶寬 彡 33%〇
[0016] 這種采取低介低損耗介質(zhì)材料進行寬帶匹配的設(shè)計方法，可以運用于其他波段， 將大大提高現(xiàn)有波導類鐵氧體器件的匹配帶寬，尤其有利于各種子陣有源雷達的寬帶實現(xiàn) 各種領(lǐng)域?qū)兄匾膽?yīng)用。
[0017] 本實用新型的有益效果：
[0018] 本實用新型技術(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)材料進行匹配，獲得了頻帶帶寬達到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。
【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，4-激勵導線，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)合實施例對本本實用新型作進一步說明，但本實用新型的保護范圍不限于 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（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)穿有激勵導線（4)，所述波導（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)，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)；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（3)為銅金屬波導；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，激勵導線連接驅(qū)動電路，當電流通過時，產(chǎn)生橫向磁化場，磁力 線在鐵氧體環(huán)內(nèi)形成回路。當高頻場通過相移段時，由于在鐵氧體中有正負圓極化波的存 在，正負圓極化波的磁導率不同，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)多33%頻 率帶寬內(nèi)匹配。
[0024] 將本本實用新型技術(shù)方案的5只移相器進行測試，結(jié)果分析：頻帶帶寬多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。
[0025] 此外，本本實用新型技術(shù)方案的發(fā)明人還進行了如下對比實驗，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
[0027]
【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（I)、鐵氧體（2)和波導 (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 激勵導線（4)，其特征在于：所述波導（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（3)為 銅金屬波導。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】H01P1-195GK204271221SQ201420684362
【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