[发明专利]基于M型六角铁氧体纳米线阵列的自偏置毫米波环行器

说明书

基于M型六角铁氧体纳米线阵列的自偏置毫米波环行器，属于微波铁氧体器件技术领域。该环行器包括介质层、铁氧体、中心结导体、微带Y结匹配线、50Ω微带馈线和接地导体面，介质层为六棱柱形状，铁氧体为圆片状、位于介质层中心，中心结导体为圆形贴片、位于铁氧体的正上方，匹配线采用两段式Y型微带线，馈线也采用微带线形式，其特征在于，所述铁氧体为圆片状的M型六角铁氧体纳米线阵列，且嵌入介质层的上表面内。本发明提供的一种基于M型六角铁氧体纳米线阵列的自偏置毫米波环行器，工作于毫米波频段且具有自偏置功能，无需外加偏置永磁体即可正常工作，具有体积小、重量轻、隔离度高、插入损耗低等特点。

技术领域

本发明属于微波铁氧体器件技术领域，具体涉及一种应用于微波系统特别是毫米波雷达的射频信号收发模块中的基于M型六角铁氧体纳米线阵列的自偏置毫米波环行器。

背景技术

环行器是微波器件领域最重要的元件之一，它通常具有三个端口，由于环行器内部放置有铁氧体，所以三个端口具有非互易性的特点，电磁波信号能沿着某个特定方向(比如顺时针或者逆时针)实现环行传输，信号沿着反方向则不能传输，实现了特定端口传输和隔离的特性。正是由于环行器的上述特性，使得它被广泛应用于微波系统的信号收发模块中，实现收发天线的统一，彻底解决了接收和发射电磁波信号要分别使用两副天线的问题，极大地节省了通信系统的成本和体积。

环行器最重要的应用场景之一是雷达，而雷达又是微波系统最普遍的应用之一。按工作频段，雷达可分为超视距雷达、厘米波雷达和毫米波雷达。随着空间雷达技术的飞速发展，毫米波雷达的前景极为广阔，它工作在毫米波频段，有着分辨率高、干扰少、体积小和质量轻的特点。毫米波雷达是测量被测物体相对距离、相对速度、方位的高精度传感器，早期被应用于军事领域，近年来，随着雷达技术的发展与进步，毫米波雷达开始应用于无人驾驶、无人机、智能交通等多个领域。不过，毫米波雷达对于微波器件的要求很高，对于有源相控阵毫米波雷达，天线单元多达几万个，每个单元的收发模块独立，为减少天线单元数量，收发天线必须统一，因此每一个单元需要配置一个环行器。这样，一个有源相控阵毫米波雷达所需的环行器数量也高达数万个，并且环行器尺寸要求在毫米级别，对微波器件体积、质量和工作频段都有较高的要求。

近些年来，环行器不断朝着小型轻量化的方向发展，也有不少学者提出了自偏置微带环行器，Peng Bin等人(Peng Bin,et al.Self-Biased Microstrip JunctionCirculator Based on Barium Ferrite Thin Films for Monolithic MicrowaveIntegrated Circuits.IEEE Transactions on Magnetics 47.6(2011):1674-1677)提出了基于钡铁氧体连续薄膜的自偏置环行器，该环行器是将整个钡铁氧体薄膜沉积在蓝宝石基片上，介电损耗和磁损耗很高，性能也很差，插入损耗为1.2dB，带宽仅为0.1GHz。熊飞等人(专利号CN206163671U)设计的环行器采用波导结构，铁氧体上下各有一片金属匹配块，体积大，重量大，无法应用到微带电路系统中。陈良等人(专利号CN102386469A)提出的铁氧体微带环行器，需要外加厚度为0.8mm、半径为3.4mm的圆柱形偏置永磁体，且不具备自偏置功能，工作在X波段，存在体积大、重量大、工作频段低等缺陷。因此，采用传统的块状铁氧体或者铁氧体薄膜，环行器要么无法实现自偏置功能，要么工作频率低，无法达到毫米波频段，或者是性能差、插入损耗高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于M型六角铁氧体纳米线阵列的低插入损耗、小型轻量化的自偏置毫米波环行器。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：