技術領域

本發明屬于微波器件技術領域，具體涉及寬帶基片集成波導環行器。

背景技術

微波鐵氧體器件自二十世紀登上歷史舞臺后，特別是經歷近三十年飛速發展，微波鐵氧體器件的應用迅速擴展到民用通訊、工農醫等領域。近些年來，民用電子工業（特別是電子通信）和單片集成技術（MMIC）的飛速發展，加之軍用器件在尺寸、性能、帶寬、可靠性及環境生存能力等方面的要求比過去更加苛刻，微波通訊等設備要求整機朝著集成化方向發展，微波鐵氧體器件，如環行器、隔離器等也必須順應整機發展方向發展。例如，相控陣雷達在其雷達陣列中所需的移相器、環行器至少要有幾百上千的數量，甚至多達萬計，因此其整機的體積大小將受鐵氧體器件的大小限制，傳統波導環行器受到新興平面結構器件的挑戰，平面結構器件依靠其體積小、重量輕、易集成、造價低等諸多優勢越來越受到歡迎，并成為器件發展的一大趨勢。

鐵氧體微波器件是利用微波在鐵氧體媒質中的非互易傳播效應設計制成的。環行器是最常用的微波鐵氧體器件之一，是一種具有定向傳輸特點的非互易性器件。環行器的種類很多，常用的有矩形波導結環形器，隨著微帶線的發展，也產生了微帶結環行器。傳統的矩形波導結環行器具有高品質因數、超寬帶、低損耗、溫度特性好、高功率容量等優點，現有技術在X波段內，傳統矩形波導環行器的帶寬能做到滿帶，即整個X波段內都有良好的傳輸和隔離，但它們體積大、加工工藝和調試過程復雜、系統造價昂貴、維護困難。例如，合肥的范宇等人研制的波導結式環行器在X波段能達到滿帶，帶寬為40%，但其體積大，調試困難。

基片集成波導（Substrate?Integrated?Waveguide簡稱SIW）是一種新型的波導結構，它源于矩形波導和微帶線，具有低成本、低損耗、高Q值和可高密度集成于微波毫米波電路及其子系統的優點，基片集成波導已逐漸成為微波傳輸線及器件的一個重要發展方向。近年來，吳柯教授和洪偉教授分別帶領的團隊在SIW研究做了巨大的貢獻。基片集成波導技術發展迅猛，其產品有基片集成波導濾波器、基片集成波導定向耦合器、窄帶基片集成波導環行器、基片集成波導多工器基片集成波導微帶線轉接器等無源器件。例如，南京金國慶等人研制的X波段環行器體積為但其帶寬僅為10%，加拿大的William?D’Orazio研制的毫米波SIW環行器20dB的帶寬也僅為12%。

平面結構的環行器有SIW環行器、微帶環行器，這類平面器件體積小、重量輕、易集成、造價低，但普片存在帶寬不夠，帶寬很窄，很難做到滿頻帶。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型化、大功率、可集成化、低成本超寬帶的基片集成波導環行器，該環行器在全X波段（8.2GHz～12.4GHz）內具有高隔離性能，低插入損耗和低端口駐波。

本發明提供的寬帶基片集成波導環行器，其結構如圖1所示，包括矩形介質基片5、覆蓋于矩形介質基片5背面的金屬地板和覆蓋于矩形介質基片5正面金屬圖形。所述正面金屬圖形包括位于矩形介質基片5正面中間位置的一個正三角形金屬圖形1，正三角形金屬圖形1的一個邊平行于矩形介質基片5的長邊；正三角形金屬圖形1的三個內角處具有三排弧形過渡的金屬化通孔4，使得正三角形金屬圖形1、介質基片5和背面金屬地板形成一個120度旋轉對稱的三端口基片集成波導結構。所述120度旋轉對稱的三端口基片集成波導結構的中心開有一個貫穿介質基片5以及介質基片5兩面的金屬層的圓形窗口；所述圓形窗口與正三角形金屬圖形1的內切圓同心、但其直徑小于內切圓的直徑；所述圓形窗口中放置圓柱形中心結旋磁鐵氧體3，中心結旋磁鐵氧體3的直徑與圓形窗口的直徑相匹配、其高度不超過介質基片5的厚度。所述120度旋轉對稱的三端口基片集成波導結構的三個端口分別采用三段長度為四分之一中心波長的梯形微帶過渡線2連接至位于介質基片5其中三個邊的三段50Ω標準微帶線6，所述三段50Ω標準微帶線6構成整個寬帶基片集成波導環行器的T型端口。

為了使得梯形微帶過渡線2與50Ω標準微帶線6之間的阻抗匹配，在所述三段長度為四分之一中心波長的梯形微帶過渡線2對應的區域分別具有一個金屬阻抗匹配調節柱，所述金屬阻抗匹配調節柱從背面金屬地板插入介質基板中，三個金屬阻抗匹配調節柱與所述圓形窗口之間的距離相等，并呈120度旋轉對稱。