[发明专利]一种C波段大功率环形器

说明书

技术领域

本发明涉及一种C波段大功率环形器。

背景技术

环形器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件，环形器的类型有多种，按工作原理分为结型环形器、法拉第旋转式环形器、差相移式环形器等。相对其它环形器，结型环形器可兼顾小体积与大功率的要求，还具有损耗小，频带宽，技术比较成熟等优点。结型环形器按参数又分为集中参数式和分布参数式。集中参数仅适用于微波低频段(P波段)。分布参数带线型环形器能满足C波段需求，这类环形器按工作类别又可分为高场和低场，高场意味着使用的直流偏置场高于共振吸收所需的磁场；低场意味着使用的直流偏置场低于共振吸收所需的磁场。图3是铁氧体损耗和磁场关系示意图，从图3可以看出，环形器磁场有三种工作区，分别是：低场区、共振吸收区、高场区。共振吸收区仅适用于一些共振吸收式器件，如共振吸收式隔离器，而环形器通常都工作在低场区或者高场区。确定选用高场或者低场，主要由下列因素决定：

(1)工作频率范围；

(2)体积能否满足要求(随着工作频率的降低，要求的体积越大)；

(3)功率因素，有利于散热，有利于克服峰值功率引起的非线性效应。

非线性效应的产生来源于自旋波的不稳定激发，当通过环形器的微波场(h)高于激发自旋波的临界场(h_C)，即h＞h_C时，则会出现铁磁共振的非线性效应。图4为非线性效应示意图，图4中实线为常规铁氧体损耗与磁场关系曲线，虚线和点划线为出现非线性效应后的铁氧体损耗与磁场关系曲线。此时整个低场区，不仅损耗增大，而且出现一副峰，并使主峰变宽，峰值减小。

高场环形器设计：由于工作内场的归一化值σ＞1，即在磁共振场以上工作，所以只适用于较低微波频率下工作，例如L波段以下，若超过此频率，由于工作磁场太大，器件体积变大反而变得不实用。

低场环形器设计：低场环形器的工作磁场远低于谐振场，尽管外磁场较强致使材料趋近于饱和下工作，但由于退磁场的作用内场接近于零，故在设计时可令σ＝0，而归一化磁距P＝k/u。

基于以上所述，在微波低频段(L波段以下)，选用高场区有利；在微波高频段(S波段以上)，选用低场区有利。本发明环形器工作频率位于C波段，在微波高频段(S波段以上)，因此选用低场设计方案。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种C波段大功率环形器，解决了非线性效应和大功率下打火、击穿等问题，采用低场设计，生产工艺简单，有利于批量生产，具有外形轻小，方便安装，易于加工，装配的一致性和可靠性，功率容量高，工作温度范围宽(-40～+70℃)，温度性能好，降低了成本等优点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种C波段大功率环形器，它由腔体、磁路板、永磁体、中心导体、铁氧体旋磁片和盖板组成，腔体四周分别设置一块磁路板，形成一个闭合磁路，盖板紧固安装于腔体上，腔体由结构对称的上、下两个腔体组成，上、下腔体相连处设有中心导体，上、下腔体内从外到内均依次设有永磁体、接地片和铁氧体旋磁片，上、下腔体内的两片铁氧体旋磁片分别外夹于中心导体两侧，腔体内铁氧体旋磁片顶部与腔体顶部边缘之间设有中心导体过渡段，中心导体过渡段包覆于中心导体外，中心导体过渡段内填充有一层或多层介质。

所述的磁路板为L型磁路板；所述的介质为聚四氟乙烯介质。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供一种C波段大功率环形器，具有功率容量高，工作温度范围宽(-40～+70℃)，温度性能好，采用低场设计，生产工艺简单，有利于批量生产，降低了成本等优点；

(2)本发明提供一种C波段大功率环形器，为了避免环形器在大功率下产生功率泄露，在环形器磁路屏蔽的设计上，环形器上、下及四周加上导磁率很高的纯铁片Q235材料，使磁性干扰的影响降低到最小，与此同时，各零件接触紧密，接地良好；

(3)本发明提供一种C波段大功率环形器，填充介质采用开模冲压，以固定铁氧体旋磁片在腔体孔的中心，以保证较好的同轴度，同时也保证了铁氧体旋磁片与填充介质之间无缝隙，防止中心导体和铁氧体旋磁片的接触面处与内腔体壁产生压降，对其打火；

(4)本发明提供一种C波段大功率环形器，选用内禀矫顽力高，温度性能优良的偏置磁场，并对中心导体进行改进，使得无需对中心导体进行调试；