專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全k波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于用于寬帶雷達(dá)、通信和電子對(duì)抗系統(tǒng)中作為天線(xiàn)共用的收發(fā)開(kāi)關(guān)以及解決級(jí)間隔離、阻抗匹配的環(huán)行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器。
背景技術(shù)：
環(huán)行器在雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信等軍事、民用電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。它是用作天線(xiàn)共用的收發(fā)開(kāi)關(guān)以及解決級(jí)間隔離、阻抗匹配等一系列實(shí)際問(wèn)題的重要器件?，F(xiàn)代電子對(duì)抗系統(tǒng)、寬帶雷達(dá)常需要使用全頻段帶寬的寬帶高功率環(huán)行器。全頻段帶寬環(huán)行器對(duì)阻抗匹配及鐵氧體材料性能要求都比常規(guī)環(huán)行器要高，尤其在較高頻段的K波段研制全K帶寬的高功率環(huán)行器，其難度較大。目前這類(lèi)全頻段帶寬環(huán)行器設(shè)計(jì)技術(shù)尚不成熟，也未見(jiàn)相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)詳細(xì)報(bào)道?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)技術(shù)是在波導(dǎo)中心結(jié)采用圓柱形或三角柱形匹配器；為了彌補(bǔ)在較高頻率鐵氧體旋磁性的不足，采用兩個(gè)介質(zhì)夾鐵氧體安置于環(huán)行器中心結(jié)的設(shè)計(jì)方法，以便提高鐵氧體有載Q值，這樣設(shè)計(jì)使帶寬變窄，不能達(dá)到覆蓋全K波段的寬帶目標(biāo)；不利于散熱，難以承受高平均功率；偏磁沒(méi)有溫度補(bǔ)償措施，不能寬溫工作。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)行器不能覆蓋全K波段的寬帶目標(biāo)、不利于散熱、難以承受高平均功率等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種損耗小、駐波小、承受功率高、覆蓋全K波段(18GHz 26.5GHz)寬帶高功率結(jié)環(huán)行器。具體的技術(shù)解決方案如下:一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器其波導(dǎo)口為BJ220標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的T形波導(dǎo)1，T形波導(dǎo)I內(nèi)結(jié)中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置有階梯阻抗匹配器2 ;所述階梯阻抗匹配器2為相互夾角為120度的三端對(duì)稱(chēng)Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器，其滿(mǎn)足3階切比雪夫阻抗匹配關(guān)系；階梯阻抗匹配器2的最高層臺(tái)階中心分別焊接有對(duì)稱(chēng)的兩片鐵氧體圓片3 ；T形波導(dǎo)I結(jié)中心頂面和底面分別設(shè)有永磁圓柱體4，永磁圓柱體4外粘貼鎳鐵合金圓片5，鎳鐵合金圓片5具有溫度補(bǔ)償效應(yīng)；Τ形波導(dǎo)I上下外殼設(shè)有散熱片6。所述鐵氧體圓片3材料為Ni5000鐵氧體，且單面鍍銀，并利用錫焊與金屬壁直接焊接。所述永磁圓柱體4材料為高磁能積釹鐵硼永磁體。本實(shí)用新型為了滿(mǎn)足覆蓋全K波段的寬帶要求，采用波導(dǎo)中心結(jié)高度壓縮降低中心結(jié)波導(dǎo)阻抗拓寬帶寬的方法，這增加了與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的阻抗比，必須解決壓縮中心結(jié)與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)之間的寬帶匹配問(wèn)題，對(duì)此問(wèn)題本設(shè)計(jì)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)是:采用在結(jié)中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器代替現(xiàn)有技術(shù)的圓柱形或三角柱形匹配器。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)本設(shè)計(jì)的Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器更具寬帶優(yōu)勢(shì)，它的優(yōu)點(diǎn)是=TEltl基模的截止頻率更低，相同工作波長(zhǎng)情況下波導(dǎo)尺寸更小JEltl模截止頻率比矩形波導(dǎo)更低而TE2tl模截止頻率比矩形波導(dǎo)更高，使得單一模式工作頻帶很寬，因此具有更寬帶寬。本實(shí)用新型為了滿(mǎn)足高平均功率和寬溫要求，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)是:1.采用高線(xiàn)寬的Ni5000鐵氧體材料，且在滿(mǎn)足旋磁性前提下設(shè)計(jì)得盡量薄，單面鍍銀直接錫焊于金屬壁上，這樣利于散熱和減小外偏磁；現(xiàn)有設(shè)計(jì)技術(shù)不利于散熱和減小外偏磁；2.采用高磁能積釹鐵硼永磁作偏磁，并有鎳鐵合金圓片作溫度補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)寬溫工作。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品相比較具有如下優(yōu)點(diǎn):1.中心結(jié)高度壓縮結(jié)合上下對(duì)稱(chēng)Y形3級(jí)切比雪夫階梯阻抗匹配器大大展寬環(huán)行器的工作帶寬，達(dá)到覆蓋全K波段(38%帶寬)的目標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)最多只能達(dá)到15%帶寬；2.采用高線(xiàn)寬的兩片對(duì)稱(chēng)鐵氧體圓片直接錫焊于金屬壁上的方法，利于散熱和減小外偏磁場(chǎng)，使器件在全K波段能承受最高達(dá)100W平均功率；3.采用高磁能積釹鐵硼永磁作偏磁，并有鎳鐵合金圓片作溫度補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)寬溫工作；4.器件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕體積小。本實(shí)用新型的環(huán)行器在全K波段獲得了很好的電性能且承受了 100W平均功率，達(dá)到了現(xiàn)有技術(shù)不能達(dá)到的寬帶寬溫和高功率工作的性能。該器件在軍事和民用寬帶微波電子設(shè)備制造領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

圖1為本實(shí)用新型外觀(guān)示意圖。圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主視圖。圖3為圖2中A-A向垂直剖面圖。圖4為圖3中局部放大圖。圖5為圖2中B-B向水平剖面圖。上圖中序號(hào):T形波導(dǎo)1、階梯阻抗匹配器2、鐵氧體圓片3、永磁圓柱體4、鎳鐵合金圓片5、散熱片6。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。參見(jiàn)圖1和圖2，一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器，其波導(dǎo)口為BJ220標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的T形波導(dǎo)1，T形波導(dǎo)I內(nèi)結(jié)中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置有階梯阻抗匹配器2 ;所述階梯阻抗匹配器2為相互夾角為120度的三端對(duì)稱(chēng)Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器，其滿(mǎn)足3階切比雪夫阻抗匹配關(guān)系，見(jiàn)圖5 ;階梯阻抗匹配器2的最高層臺(tái)階中心分別焊接有對(duì)稱(chēng)的兩片鐵氧體圓片3，見(jiàn)圖3和圖4 ;鐵氧體圓片3材料為Ni5000鐵氧體，且單面鍍銀，并利用錫焊與金屬壁直接焊接。T形波導(dǎo)I結(jié)中心頂面和底面分別設(shè)有永磁圓柱體4，永磁圓柱體4材料為高磁能積釹鐵硼永磁體；永磁圓柱體4外粘貼鎳鐵合金圓片5，鎳鐵合金圓片5具有溫度補(bǔ)償效應(yīng)；T形波導(dǎo)I上下外殼設(shè)有散熱片6。如圖5所示階梯阻抗匹配器2的寬度為S，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2、L3 ;如圖4所示3級(jí)高度分別為hl、h2、h3。[0027]如圖4所示鐵氧體圓片3的直徑為Of，厚度為hf，鐵氧體圓片3單面鍍銀，并焊接于階梯阻抗匹配器2的最高層臺(tái)階中心位置。如圖3所示永磁圓柱體4直徑為Φ4，長(zhǎng)度為h4。鎳鐵合金圓片5直徑為Φ5，厚度為h5。所有波導(dǎo)壁厚t統(tǒng)一為1mm。利用經(jīng)驗(yàn)公式估算出鐵氧體圓片3半徑R初值和中心結(jié)波導(dǎo)高度h初值。計(jì)算出階梯阻抗匹配器2的中心脊波導(dǎo)等效阻抗\結(jié)合相應(yīng)帶寬參數(shù)按3階切比雪夫阻抗表可確定各階梯阻抗值，求得各階梯阻抗值后可確定橫向尺寸，而縱向尺寸即各階長(zhǎng)度由波導(dǎo)波長(zhǎng)決定，即由λ。求出Ag，各階基本長(zhǎng)度為λ/4。各階基本長(zhǎng)度λ/4減去修正量Λ Li,即為各階最后長(zhǎng)度。在以上初值估算基礎(chǔ)上，采用環(huán)行器整體優(yōu)化確定階梯阻抗匹配器2各級(jí)長(zhǎng)和寬的具體值和鐵氧體圓片3的直徑Of具體值:階梯阻抗匹配器2的寬度S=4.8謹(jǐn)，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)l=3.63謹(jǐn)，L2=2.45謹(jǐn)，L3=2.92mm ;高度分別為 hl=l.4mm, h2=lmm, h3=0.2mm。鐵氧體圓片3的直徑Φ f為3.47mm,厚度hf為0.65mm。通過(guò)調(diào)試確定釹鐵硼永磁圓柱體4直徑Φ4=4.5mm,長(zhǎng)度h4=15mm ;鎳鐵合金圓片5直徑Φ5=6ι πι,厚度h5=l.3mm。環(huán)行器性能測(cè)試結(jié)果是:在18GHz 26.5GHz的全K頻帶內(nèi)，隔離彡19dB,損耗(0.38dB，駐波系數(shù)≤1.33。功率實(shí)驗(yàn)表明:在18 26.5GHz頻帶內(nèi)，寬帶連續(xù)波發(fā)射機(jī)IOOff功率條件下，環(huán)行器工作正常。
權(quán)利要求1.種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器，其波導(dǎo)口為BJ220標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的T形波導(dǎo)(I )，其特征在于:τ形波導(dǎo)(I)內(nèi)結(jié)中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置有階梯阻抗匹配器(2);所述階梯阻抗匹配器(2)為相互夾角為120度的三端對(duì)稱(chēng)Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器，其滿(mǎn)足3階切比雪夫阻抗匹配關(guān)系；階梯阻抗匹配器(2)的最高層臺(tái)階中心分別焊接有對(duì)稱(chēng)的兩片鐵氧體圓片(3)； T形波導(dǎo)(I)結(jié)中心頂面和底面分別設(shè)有永磁圓柱體(4)，永磁圓柱體(4)外粘貼鎳鐵合金圓片(5)，鎳鐵合金圓片(5)具有溫度補(bǔ)償效應(yīng)；Τ形波導(dǎo)(I)上下外殼設(shè)有散熱片(6)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器，其特征在于:所述鐵氧體圓片(3)材料為Ni5000鐵氧體，且單面鍍銀，并利用錫焊與金屬壁直接焊接。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器，其特征在于:所述永磁圓柱體(4 )材料為高磁能積釹鐵硼永磁體。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種全K波段寬帶高功率結(jié)環(huán)行器。其波導(dǎo)口為BJ220標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的T形波導(dǎo)，T形波導(dǎo)內(nèi)結(jié)中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置有階梯阻抗匹配器；所述階梯阻抗匹配器為相互夾角為120度的三端對(duì)稱(chēng)Y形3級(jí)階梯阻抗匹配器，其滿(mǎn)足3階切比雪夫阻抗匹配關(guān)系；階梯阻抗匹配器的最高層臺(tái)階中心分別焊接有對(duì)稱(chēng)的兩片鐵氧體圓片；T形波導(dǎo)結(jié)中心頂面和底面分別設(shè)有永磁圓柱體，永磁圓柱體外粘貼鎳鐵合金圓片，鎳鐵合金圓片具有溫度補(bǔ)償效應(yīng)；T形波導(dǎo)上下外殼設(shè)有散熱片。本實(shí)用新型的環(huán)行器在全K波段獲得了很好的電性能且承受了100W平均功率，達(dá)到了現(xiàn)有技術(shù)不能達(dá)到的寬帶寬溫和高功率工作的性能。該器件在軍事和民用寬帶微波電子設(shè)備制造領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)H01P1/383GK202930523SQ20122066513
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者范宇, 周雁翎 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所