一种X波段自偏置环形器

本发明涉及环形器，尤其涉及一种x波段自偏置环形器。

背景技术：

1、随着电子信息产业发展以及雷达、通信设备的不断迭代，相控阵系统中所需的t/r组件数量越来越多，这对t/r组件体积和重量的降低提出了更高的要求，国内10～18ghz的t/r组件已达到工程化应用水平，6～18ghz t/r组件技术水平基本已赶上国外先进水平，但小型化、高度集成化仍是当前所需要解决的关键问题。t/r组件数量的增加必然使环形器的数量显著增加，由于传统环形器需要工作在外加偏置磁场中，环形器数量增加必然使得提供偏置磁场的磁钢数量激增，大大增加了收发组件的重量和体积。

2、此外，磁钢显著增加了系统的高度，不利于实现平面化和一体化集成。六角铁氧体材料具有很高的磁晶各向异性，在铁氧体内部产生一个很大的“内场”，可使磁矩在无外加偏置磁场的情况下受微波场作用产生进动。六角铁氧体材料的强磁晶各向异性可为环形器提供偏置磁场，使环形器摆脱外置磁钢，工作在自偏置状态，利用这一特性，就可以抛弃传统环形器所需的永磁体，实现环形器的自偏置，从而实现器件的小型化、轻量化。对于t/r组件小型化，高度集成化，减小器件的体积与重量有着非常重要的意义。

3、中国专利公开号为cn101621148b公开的《一种环形器》，专利公开号为cn114335949a公开的《一种微带环形器》，均对环形器的中心导体进行了改进，但环形器结构仍由中心导体、铁氧体、永磁体、匀磁片、温补片、外壳等部件组成，环形器整体体积与重量仍然较大。而自偏置环形器实现了永磁体的完全去除，但目前的自偏置环形器应用频率均在k波段以上，无法应用于较低频段。

4、基于上述，在现有的专利和研究中，目前仍无法实现环形器的小型化、轻量化。因此，本发明提供了一种自偏置环形器，实现了x波段环形器的自偏置，从而大幅减小了环形器的体积与质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种应用于x波段的小型化、轻量化的自偏置环形器。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种x波段自偏置环形器，包括基片，以及位于基片之上的微带电路4；

4、所述微带电路为双y结结构，包括中心圆结、间隔设置的大y结分支和小y结分支，大y结的臂之间的夹角为120°，小y结的臂之间的夹角为120°；大y结分支与小y结分支上均包括等效容性传输线与等效感性传输线，等效容性传输线与等效感性传输线构成l/c匹配网络结构，大y结的三个臂的末端延伸形成容性传输线作为端口；

5、所述基片包括铁氧体片1、一级介质片2和二级介质片3；铁氧体片为圆形，圆形的铁氧体片嵌入圆环状的一级介质片中并与一级介质片紧密贴合，铁氧体片与一级介质片的复合结构嵌入内侧为圆形、外侧为六边形的二级介质片中并与二级介质片紧密贴合，得到基片；

6、所述大y结末端延伸形成的容性传输线端口位于二级介质片上。

7、进一步的，所述大y结分支、小y结分支和端口组成的传输线结构即微带电路结构可等效为l/c匹配网络结构，等效容性传输线与等效感性传输线之间满足50ω的阻抗匹配。

8、进一步的，所述一级介质片和二级介质片为介电常数高于50的高介电常数材料，二级介质片的介电常数比一级介质片的介电常数高5～10，以加强端口与y结之间的耦合，获得更好的回波损耗。

9、进一步的，所述铁氧体片的介电常数为20、饱和磁化强度为3500gs。

10、进一步的，沿输入端口到输出端口方向，环形器整体的厚度降低5％，形成微小坡度，使输入端口与输出端口之间的容性传输线产生差异，以获得更好的隔离效果。

11、进一步的，所述铁氧体片、一级介质片和二级介质片形成的基片中，最厚处的厚度为0.6mm。

12、进一步的，所述铁氧体片半径＝1.25倍微带电路的中心圆结半径。

13、进一步的，所述微带电路通过磁控溅射的方法形成于基片上。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、1.本发明提供的一种x波段自偏置环形器，通过铁氧体片与一级和二级介质片组合形成多级结构，加强了端口间的耦合作用；通过对整个环形器的结构进行坡度设计，增强了环形器的隔离效果。

16、2.本发明提供的一种x波段自偏置环形器，无需永磁体、匀磁片、温补片等结构，简化了环形器的结构，同时提升了环形器的关键性能，实现了x波段环形器的完全自偏置，相对于传统环形器体积减小了80％以上。

技术特征：

1.一种x波段自偏置环形器，其特征在于，包括基片，以及位于基片之上的微带电路(4)；

2.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述微带电路结构为l/c匹配网络结构，等效容性传输线与等效感性传输线之间满足50ω的阻抗匹配。

3.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述一级介质片和二级介质片为介电常数高于50的材料，二级介质片的介电常数比一级介质片的介电常数高5～10。

4.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述铁氧体片的介电常数为20、饱和磁化强度为3500gs。

5.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，沿输入端口到输出端口方向，环形器整体的厚度降低5％。

6.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述基片中，最厚处的厚度为0.6mm。

7.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述铁氧体片半径＝1.25倍微带电路的中心圆结半径。

8.根据权利要求1所述的x波段自偏置环形器，其特征在于，所述微带电路通过磁控溅射的方法形成于基片上。

技术总结一种X波段自偏置环形器，包括基片以及位于基片之上的微带电路；微带电路为双Y结结构，包括中心圆结、间隔设置的大Y结分支和小Y结分支，大Y结分支与小Y结分支上均设置等效容性传输线与等效感性传输线，大Y结的三个臂的末端延伸形成容性传输线作为端口；基片包括铁氧体片、一级介质片和二级介质片，圆形的铁氧体片嵌入圆环状的一级介质片中并与一级介质片紧密贴合，铁氧体片与一级介质片的复合结构嵌入内侧为圆形、外侧为六边形的二级介质片中并与二级介质片紧密贴合；大Y结末端延伸形成的容性传输线端口位于二级介质片上。本发明通过铁氧体片与一级和二级介质片组合形成多级结构，加强了端口间的耦合作用；通过对整个环形器的结构进行坡度设计，增强了环形器的隔离效果。技术研发人员：邬传健,李翱,余忠,李启帆,孙科,蒋晓娜,兰中文受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25