基片集成波导场移式隔离器组件的研究与设计

摘要

SIW结构具有传统波导和微带型结构传输线的优点，即具有低辐射、低插损、较高Q值、高功率容量、小型化、易于连接等优点。论文分析了空气填充基片集成波导优缺点。设计了一种加入磁性圆柱的SIW传输线。利用铁氧体的旋磁性能，设计了两个相同结构不同频带的X波段的基片集成波导场移式隔离器，该隔离器损耗低，体积小，易于集成。并传统场移式隔离器的铁氧体形状进行了结构改进探索，又设计了一种铁氧体采用非连续性周期圆柱结构的Ku波段窄带隔离器。 对近年来研究热点之一的空气填充的基片集成波导进行了研究。空气填充的基片集成波导损耗比介质填充的低很多，平均功率处理能力也高于介质填充基片集成波导。设计了一种加入磁性圆柱的新型传输线，该传输线在插入损耗和回波损耗性能提升了15%，并得到尺寸经验公式。隔离器的使用有时候需要搭配滤波器，本文设计了一种广义切比雪夫的X波段窄带滤波器与隔离器形成隔离器组件。滤波器基于空气填充基片集成波导，用6阶谐振腔，实现了沿中心线和上下对称结构的滤波器，中心频率为11.6679GHz，带通为11.663~11676，带宽：13.5M， 20dB矩形比：2.14。滤波器的突出优点在于，高矩形比和较低的相对带宽。 在介绍了各种微波铁氧体隔离器的原理和特性后，设计了两个相同结构的基片集成波导的场移式隔离器中心频率为10.6GHz，20dB隔离的带宽为78MHz场移式隔离器，插入损耗小于1dB，隔离度最大为40dB。研究了铁氧体材料饱和磁化强度和外加偏磁场对器件性能的影响。研究了铁氧体与就近金属圆柱距离对器件性能的影响，同时以及其它器件尺寸对场移式隔离器器件的影响。还设计了一种异性铁氧体结构的SIW场移式隔离器，铁氧体采用非连续性周期圆柱结构，这种结构类似SIW金属通孔结构。对铁氧体的直径和铁氧体圆柱之间的间隙进行了分析。最终实现了Ku波段的窄带场移式隔离器。对传统结构的场移式隔离器进行了结构创新，减小了铁氧体体积，实现了一种新型结构的场移式隔离器，隔离点频率为13.1GHz，隔离度为34dB，插入损耗为1.5dB。对所设计的三个场移式隔离器进行了Auto CAD加工图制作。

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