本发明专利技术涉及微波技术，具体涉及一种X波段磁控频率可调的定向耦合器。本发明专利技术通过在SIW短缝定向耦合器中添加两排铁氧体结，每排的两个铁氧体结之间保持一定间距。在外加磁场的作用下，通过磁场调控的方式影响铁氧体结，改变SIW的等效电感值，实现传输线电长度的改变，进而实现传输线频率的改变，最终实现对定向耦合器频率的调节。其延迟低，不外接组件结构，简单体积小，易于集成，在实现对S11(驻波)，S41(隔离)的频率进行同步调节的情况下，对S31(耦合度)和S21(插入损耗)影响较小；并且利于大功率传输。传输。传输。
【技术实现步骤摘要】
一种X波段磁控频率可调的定向耦合器
[0001]本专利技术涉及微波技术，具体涉及一种X波段磁控频率可调的定向耦合器。
技术介绍
[0002]随着科技发展进步，微波技术逐渐向小型化，集成化发展。频率可调节的定向耦合器可以有效解决这一问题，相比于传统定向耦合器，频率可调节的定向耦合器能够有效减少整个无线通信系统的耦合器数量，减轻无线通信系统的重量，便于小型化。
[0003]相比于传统波导结构，基片集成波导在尺寸上显著减小，结构近似平面结构利于集成，同时也兼具微带元件的特点。
[0004]现有电场调控的频率可调定向耦合器由于加载可变电容等元件的方式实现频率调节，无法应用于大功率传输的情况。
技术实现思路
[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有频率可变的定向耦合器的大功率传输问题，本专利技术提供了一种X波段磁控频率可调的定向耦合器，通过在采用基片集成波导结构的短缝定向耦合器上加载铁氧体材料，使用磁场调控的方式实现对定向耦合器频率的调节。
[0006]一种X波段磁控频率可调的定向耦合器，包括SIW短缝定向耦合器和铁氧体结。
[0007]所述SIW短缝定向耦合器由两段完全相同的基片集成波导E面适应性平行相接构成主体结构，两段基片集成波导共用一排金属化通孔；两段基片集成波导通过在共用的一排金属化通孔开缝(通过减少金属化通孔的数量来实现开缝的效果)来实现能量的耦合。
[0008]所述铁氧体结为参数相同的4个长方体，铁氧体结的高度与介质基板等高，铁氧体结以2个为一组，分为两组，均以铁氧体结长边和高度的所在面与SIW短缝定向耦合器的两排非共用金属化通孔的内侧侧面适应性相切设置于介质层中。
[0009]同侧的两个铁氧体结之间保持2mm
‑
6mm的间距，每个铁氧体的长度le在4mm
‑
6mm，并且同侧两个铁氧体结的长度le与铁氧体结的间距fs之和小于或等于公共金属化通孔开缝宽度w，并且所有铁氧体结的外侧连线不经过公共金属化通孔，减小铁氧体结对短缝定向耦合器的影响。
[0010]进一步的，所述SIW短缝定向耦合器在开缝的中心处设有匹配金属化通孔，进行端口的阻抗匹配，以使得整个器件S11(驻波)和S41(隔离度)更佳。
[0011]进一步的，在传输方向，所述两侧的铁氧体结关于公共金属化通孔连线对称，以使得整个器件性能更佳。
[0012]进一步的，所述同侧的两个铁氧体结关于公共金属化通孔开缝线的中垂线对称，以使得整个器件网络互易，S11和S41曲线不分离，性能更佳。
[0013]上述X波段磁控频率可调的定向耦合器，其设计方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、设计一个X波段的SIW短缝定向耦合器；确定两个基片集成波导的参数：介质基板的相对介电常数ε
r
、介质基板的厚度t、相邻两排金属化通孔之间的距离a、金属化通
孔直径d和同排相邻金属化通孔孔心间距p，以及公共金属化通孔开缝宽度w。
[0015]步骤2、在步骤1设计的SIW短缝定向耦合器中增加铁氧体结。
[0016]所述铁氧结加载在介质层中，铁氧体材料的饱和磁化强度在3500Guass以下(即工作在低场区)，同侧的两个铁氧体结之间保持2mm
‑
6mm的间距，每个铁氧体的长度le在4mm
‑
6mm，同侧两个铁氧体结的长度le与铁氧体结的间距fs之和小于或等于w,铁氧体结的高度与介质等高，铁氧体结的宽度为0.7mm
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1.5mm。
[0017]进一步的，所述步骤1中SIW短缝定向耦合器还加载有直径为d1的匹配金属化通孔。
[0018]在使用时，本专利技术器件通过施加一个与基片集成波导H面垂直的磁场，通过外加磁场的磁场强度改变，以对基片集成波导电长度的改变，从而实现对基片集成波导频率的改变，最终实现对定向耦合器S11(驻波)和S41(隔离)的频率调节，并且对定向耦合器的S31(耦合度)和S21(插入损耗)影响较小。
[0019]综上所述，本专利技术通过在基片集成波导的介质层中添加铁氧体结，在外加磁场的作用下，改变传输线(本专利技术中为基片集成波导传输线)的等效电感值，实现传输线电长度的改变，进而实现传输线频率的改变，最终实现对定向耦合器频率的调节；其延迟低，不外接组件结构，简单体积小，利于集成，同时在不影响S31(耦合度)和S21(插入损耗)的情况下对S11(驻波)，S41(隔离)的频率进行同步调节,可应用于大功率传输。
附图说明
[0020]图1是实施例中步骤1的SIW短缝定向耦合器结构示意图；
[0021]图2是实施例中步骤1的SIW短缝定向耦合器的S参数曲线图；
[0022]图3是本专利技术实施例实施例的结构透视示意图；
[0023]图4是本专利技术实施例不同偏置场下S参数曲线图；
[0024]图5是本专利技术实施例不同偏置场下S11、S41参数曲线图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0026]一种X波段磁控频率可调定向耦合器的设计方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1、根据SIW短缝定向耦合器的设计方法，确定参数：
[0028]介质基板厚度t＝0.50mm，介质基板的相对介电常数ε
r
＝2.1，金属化通孔直径d＝0.55mm，同排相邻金属化通孔间距p＝0.68mm，相邻两排金属化通孔之间的距离a＝14.32mm，匹配螺钉(即匹配金属化通孔)的直径d1＝0.15mm，缝隙宽度w＝14.94mm；在HFSS中建模分析短缝定向耦合器的传输性能，得到在9.5Ghz和10.5Ghz之间有30dB的隔离度和驻波，耦合度在11dB左右；结构如附图1所示，S参数曲线图如附图2所示。
[0029]步骤2、根据步骤1所得到的SIW短缝定向耦合器，在其中加载两排共计4个铁氧体结，结构如附图3所示。每排有两个铁氧体结，每排铁氧体结之间的距离为fs＝3mm，每个铁氧体结的长度le＝5mm,宽度wd＝0.9mm。
[0030]对最终设计的X波段磁控频率可调定向耦合器，施加一个与基片集成波导H面垂直的磁场，磁场强度从零逐渐增大的外加磁场。图4是本实施例不同偏置场下S参数曲线图，图
5是实施例不同偏置场下S11、S41参数曲线图。
[0031]从附图4，5可以看出，调节外加偏置磁场，从H0＝0kA/m增加到H0＝71.6kA/m；对应的S11(驻波)和S41(隔离度)频率从10Ghz变到了10.15Ghz，增加了150Mhz，同时对S31(耦合度)和S21(插入损耗)影响较小。
[0032]通过以上实施例可见，本专利技术通过在SIW短缝定向耦合器中添加两排铁氧体结，每排的两个铁氧体结之间保持一定间距。在外加磁场的作用下，通过磁场调控的方式影响铁氧体结，改变SIW的等效电感值，实现传输线电长度的改变，进而实现传输线频率的改变，最终实现对定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种X波段磁控频率可调的定向耦合器，其特征在于：包括SIW短缝定向耦合器和铁氧体结；所述SIW短缝定向耦合器由两段完全相同的基片集成波导E面适应性平行相接构成主体结构，两段基片集成波导共用一排金属化通孔；两段基片集成波导通过在共用的一排金属化通孔开缝实现能量的耦合；所述铁氧体结为参数相同的4个长方体，铁氧体结的高度与介质基板等高，铁氧体结以2个为一组，分为两组，均以铁氧体结长边和高度的所在面与SIW短缝定向耦合器的两排非共用金属化通孔的内侧侧面适应性相切设置于介质层中；同侧的两个铁氧体结之间保持2mm
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6mm的间距，每个铁氧体的长度le在4mm
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6mm，并且同侧两个铁氧体结的长度le与铁氧体结的间距fs之和小于或等于公共金属化通孔开缝宽度w，并且所有铁氧体结的外侧连线不经过公共金属化通孔。2.如权利要求1所述X波段磁控频率可调的定向耦合器，其特征在于：所述SIW短缝定向耦合器在开缝的中心处设有匹配金属化通孔，进行端口的阻抗匹配。3.如权利要求1所述X波段磁控频率可调的定向耦合器，其特征在于：所述两侧的铁氧体结关于公共金属化通孔连线对称。4.如权利要求1所述X波段磁控频率可调的定向耦合器，其特征在于：所述同侧的两个铁氧体结关于公共金属化通孔开缝线的中垂线对称。5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪晓光，王正华，赵晓琴，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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