专利名称:一种超宽带双环高功率铁氧体移相器的制造方法
【专利摘要】一种超宽带双环高功率铁氧体移相器，属于移相器领域。该移相器包括介质片、铁氧体和波导，介质片的上表面和下表面依次分别设有2层铁氧体，2层铁氧体内穿有激励导线，所述波导的内腔中设有一级匹配介质和二级匹配介质；所述介质片的两端和所述铁氧体的两端均依次与一级匹配介质和二级匹配介质相连。该移相器频带带宽达到33％，损耗小于1dB，驻波系数小于1.5，相移大于420°，同时该双环铁氧体移相器由于采用了双铁氧体环中间加载陶瓷介质的结构形式，具有高功率承受能力、插耗低、频带宽、加工批生产成品率高的优点。
【专利说明】一种超宽带双环高功率铁氧体移相器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及移相器领域，具体涉及一种超宽带双环高功率铁氧体移相器。
【背景技术】
[0002] 铁氧体器件广泛用于各种雷达系统中，其中波导类微波铁氧体器件占据了半壁江 山。无源相控阵雷达及子阵有源相控阵雷达体系都需要使用大量的这类器件。波导类铁氧 体器件在天馈线中能对通过的微波信号实现幅度或相位的控制，但必须通过一定的介质匹 配器实现铁氧体波导与空波导的匹配。随着雷达技术的发展，宽带工作已成为发展的趋势， 而波导类微波铁氧体器件一贯以来采用的常规匹配方式已经逐渐成为影响系统带宽的瓶 颈。
[0003] 为了适应铁氧体移相器工作带宽向宽频带发展的趋势，开展超宽带移相器的研宄 显得尤为重要。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种超宽频带、损耗小、功率容量大的双环高功率铁氧 体移相器。
[0005] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006] 一种超宽带双环高功率铁氧体移相器，该移相器包括介质片、铁氧体和波导，介质 片的上表面和下表面依次分别设有2层铁氧体，2层铁氧体内穿有激励导线，所述波导的内 腔中设有一级匹配介质和二级匹配介质，所述介质片的两端和所述铁氧体的两端均依次与 一级匹配介质和二级匹配介质相连；其中一级匹配介质的介电常数大于二级匹配介质的介 电常数。
[0007] 本实用新型技术方案所述的一级匹配介质的介电常数为7?11，二级匹配介质的 介电常数为3. 5?4. 5 ;优选一级匹配介质的介电常数为10. 5?11，二级匹配介质（6)的 介电常数为3. 5?4。
[0008] 其中，一级匹配介质的制备方法依照中国专利申请号为：03129113. 9的专利公开 的内容制备得到；二级匹配介质的制备方法依照中国专利申请号为：201310723586.X的专 利公开的内容制备得到。
[0009] 本实用新型技术方案所述的波导为铜金属波导。
[0010] 本实用新型技术方案所述的铁氧体为铁氧体矩形环。
[0011] 本实用新型技术方案所述的介质片（1)为陶瓷介质片，陶瓷介质片的介电常数为 6. 7〇
[0012] 本实用新型技术方案所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，属于线极化非互易 式铁氧体移相器。该移相器采用一种新型的两级匹配方法，分别采用介电常数为3. 5?4. 5 的低损耗介质材料与介电常数为7?11的介质材料进行匹配，该匹配的方式不同于常规的 部分介质填充波导匹配，本发明的二级匹配均是全介质填充波导匹配方法。
[0013] 通过本实用新型技术方案所述的两级匹配方法获得了铁氧体加载（介电常数为 14)波导与空气波导之间超过30%的匹配带宽。本实用新型技术方案所述的铁氧体材料采 用高矩形比高功率石榴石材料，本移相器最终选用的铁氧体材料指标如下：4 Jr Ms= 650Gs、 矩形比彡 〇? 82、AHk= 100e，IL 彡 0? 8。
[0014] 现有【技术领域】，由于铁氧体材料的介电常数在15左右，常规的单级匹配通常会选 用介电常数6左右的介质来部分填充波导实现匹配，通常单级匹配能覆盖8%的带宽。但随 着雷达带宽要求的升级，仅仅调整介质尺寸不改变介电常数，即使做两级匹配甚至更多级 匹配，也无法大幅度增加铁氧体器件的带宽（很多类型的器件带宽最多只能做到20% )，同 时多级匹配还会带来器件尺寸加大，可靠性差等问题。
[0015] 为此，发明人进行了一系列实验研宄，采用介电常数为3. 5?4. 5的低损耗介质 材料与介电常数为7?11的介质材料进行匹配。通过选择所述这样的一级匹配介质的介 电常数和二级匹配介质的介电常数的组合，使得本实用新型技术方案的移相器的频带带宽 彡 33%〇
[0016] 这种采取低介低损耗介质材料进行宽带匹配的设计方法，可以运用于其他波段， 将大大提高现有波导类铁氧体器件的匹配带宽，尤其有利于各种子阵有源雷达的宽带实现 各种领域将会有重要的应用。
[0017] 本实用新型的有益效果：
[0018] 本实用新型技术方案通过介电常数为3. 5?4. 5的低损耗介质材料与介电常数为 7?11的介质材料进行匹配，获得了频带带宽达到33%，损耗小于ldB，驻波系数小于1. 5， 相移大于420°，同时该双环铁氧体移相器由于采用了双铁氧体环中间加载陶瓷介质的结 构形式，具有高功率承受能力、插耗低、频带宽、加工批生产成品率高的优点。
【附图说明】
[0019] 图1为超宽带双环高功率铁氧体移相器结构示意图。
[0020] 1-介质片，2-铁氧体，3-波导，4-激励导线，5- -级匹配介质，6-二级匹配介质。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于 此：
[0022] 如图1所示，一种超宽带双环高功率铁氧体移相器，该移相器包括介质片（1)、铁 氧体（2)和波导（3)，介质片（1)的上表面和下表面依次分别设有2层铁氧体（2)，2层铁 氧体（2)内穿有激励导线（4)，所述波导（3)的内腔中设有一级匹配介质（5)和二级匹配 介质（6)，其中一级匹配介质（5)的介电常数大于二级匹配介质（6)的介电常数；所述介质 片（1)的两端和所述铁氧体（2)的两端均依次与一级匹配介质（5)和二级匹配介质（6)相 连。进一步优选所述的一级匹配介质（5)的介电常数为10. 9,二级匹配介质（6)的介电常 数为3. 85。本发明技术方案中的波导（3)为铜金属波导；所述的铁氧体（2)为铁氧体矩形 环；所述的介质片（1)为陶瓷介质片，陶瓷介质片的介电常数为6. 7。
[0023] 在工作的状态下，激励导线连接驱动电路，当电流通过时，产生横向磁化场，磁力 线在铁氧体环内形成回路。当高频场通过相移段时，由于在铁氧体中有正负圆极化波的存 在，正负圆极化波的磁导率不同，从而产生差相移。移相器在锁式态下工作，它可以工作在 正负磁化态间的任意态。工作态控制由驱动电路来完成。在匹配段中，应尽量减小铁氧体 相移段到空波导因阻抗突变引起的反射。采用两级四分之一波长介质匹配，实现多33%频 率带宽内匹配。
[0024] 将本本实用新型技术方案的5只移相器进行测试，结果分析：频带带宽多33%，损 耗小于ldB，驻波系数小于1. 5,相移大于420°，同时该双环铁氧体移相器由于采用了双铁 氧体环中间加载陶瓷介质的结构形式，具有高功率承受能力、插耗低、频带宽、加工批生产 成品率高的优点。
[0025] 此外，本本实用新型技术方案的发明人还进行了如下对比实验，具体结果如表1 所示：
[0026] 表1不同匹配介质以及不同组合对频带带宽的影响
[0027]
【权利要求】
1. 一种超宽带双环高功率铁氧体移相器，该移相器包括介质片（I)、铁氧体（2)和波导 (3)，介质片（1)的上表面和下表面依次分别设有2层铁氧体（2)，2层铁氧体（2)内穿有 激励导线（4)，其特征在于：所述波导（3)的内腔中设有一级匹配介质（5)和二级匹配介质 (6)，所述介质片（1)的两端和所述铁氧体（2)的两端均依次与一级匹配介质（5)和二级匹 配介质（6)相连；其中一级匹配介质（5)的介电常数大于二级匹配介质（6)的介电常数。2. 根据权利要求1所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，其特征在于：所述的一级 匹配介质（5)的一级匹配介质（5)的介电常数为7?11，二级匹配介质（6)的介电常数为 3. 5 ?4. 5〇3. 根据权利要求2所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，其特征在于：所述的一级 匹配介质（5)的介电常数为10. 5?11，二级匹配介质（6)的介电常数为3. 5?4。4. 根据权利要求1所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，其特征在于：波导（3)为 铜金属波导。5. 根据权利要求1所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，其特征在于：所述的铁氧 体（2)为铁氧体矩形环。6. 根据权利要求1所述的超宽带双环高功率铁氧体移相器，其特征在于：所述的介质 片（1)为陶瓷介质片，陶瓷介质片的介电常数为6. 7。
【文档编号】H01P1-195GK204271221SQ201420684362
【发明者】胡岚, 蔡群峰, 蔡先雷 [申请人]南京国睿微波器件有限公司