一种超宽带高功率星用环行器制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带高功率星用环行器，属于微波元器件领域，本发明专利技术本发明专利技术通过在波导窄边方向设置至少两阶匹配台阶，并在所述腔体内部采用至少两层匹配调谐圆台、在所述差相位段采用非标准矩形波导尺寸、在所述3dB电桥宽边方向加载三阶以上的阻抗匹配，并在所述3dB电桥腔体内部引入单脊波导的传输模式、在所述差相位段的腔体内，所述铁氧体基片上下非对称设置、在所述铁氧体基片表面涂覆一层非金属材料工艺，解决了超宽带高功率器件的宽带设计技术和星用器件的高微放电阈值问题，能够满足30%以上的相对带宽以及15kW量级的微放电功率需求，为后续高功率器件国产化替代提供技术支撑，具有较大的经济和军事效应。具有较大的经济和军事效应。具有较大的经济和军事效应。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带高功率星用环行器


[0001]本专利技术涉及微波元器件领域，尤其涉及一种超宽带高功率星用环行器。

技术介绍

[0002]近来随着国内航天技术不断发展，越来越多的系统向宽带化与高功率发展，超宽带高功率产品提出了更高的要求。在一定程度上超宽带是提升卫星分辨率的关键指标，高功率决定了卫星的轨道高度，因此可以看出超宽带高功率器件是卫星系统的关键元器件之一。
[0003]目前超宽带高微放电结型环行器的设计方法为：在普通高功率宽带波导环行器的设计基础上，于中心面上增加一个很大的非金属隔板，通过非金属隔板阻挡电子运动，避免电子产生二次倍增而提升器件微放电阈值，其结构如图1 所示，包括腔体A，腔体A内壁设置金属匹配台阶B，金属匹配台阶B表面设置铁氧体基片1，在两边的铁氧体基片1之间，设置非金属隔板C；
[0004]该类器件虽然能满足较宽的设计，但该类宽带器件的最高功率约为5200W (X波段)的微放电功率，平均功率为380W，很难达到10kW以上微放电功率需求，同时该类宽带器件的铁氧体基片较小，直径约10mm左右，难以同时承受1kW连续波的需求。
[0005]常规四端环行器虽然功率容量能基本满足要求，是普通结型宽带环行的 2～3倍左右，但普通四端环行器的工作带宽约为10～15％左右，虽然在《一种新型宽带大功率星用环行器研制》中提出了20％的相对工作带宽，带也完全不能满足30％以上的相对带宽的需求。
[0006]该方法主要是在普通波导四端环行器的设计基础上，增加了折叠双T、差相位段和3dB电桥段宽带匹配设计，从而实现器件的宽带(相对带宽20％)，如图2所示，从左至右依次包括折叠双T段、差相位段和3dB电桥段，在折叠双T段腔体上设置有折叠双T阻抗匹配台阶2，在折叠双T段腔体内设置折叠双T 调谐匹配台3，在差相位段腔体4的内部设置铁氧体基片1，在3dB电桥段腔体上设置3dB电桥阻抗匹配台阶5，在3dB电桥段腔体内设置3dB电桥调谐匹配台6；由于为四端环行器，该类器件具有较高的微放电阈值，是普通结型宽带环行的2～3倍左右。
[0007]虽然这类宽带四端环行器设计能解决20％带宽以内的工作需求，但针对30％以上的相对工作带宽，该设计是完全达不到的，同时也不能兼顾高功率和高微放电阈值要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的就在于提供一种超宽带高功率星用环行器，以解决上述问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种超宽带高功率四端环行器，依次包括折叠双T段、差相位段和3dB电桥段，所述差相位段腔体内设置有铁氧体基片，在所述折叠双T段的波导窄边方向设置至少两阶阻抗匹配台阶，并在所述折叠双T段的腔体内部采用多个至少两层调谐匹配台。
[0010]作为优选的技术方案：在所述差相位段采用非标准矩形波导尺寸。
[0011]作为优选的技术方案：在所述3dB电桥段的宽边方向加载三阶及以上的阻抗匹配，并在所述3dB电桥段的腔体内部引入单脊波导的传输模式。
[0012]作为进一步优选的技术方案：所述上下非对称设置为斜对角设置或单片基片设置。
[0013]作为优选的技术方案：在所述铁氧体基片表面涂覆一层非金属材料。
[0014]作为进一步优选的技术方案：所述涂覆的方法为厚膜、薄膜或高温烧结。
[0015]为了实现超宽带(带宽30％及以上)，本专利技术采用的改进方案包括：
[0016]1、在折叠双T段，采用压缩波导，避免高次模产生，同时采用多个调谐匹配柱和多阶阻抗匹配过渡台阶实现了折叠双T宽带设计；
[0017]2、在差相位段，利用截止频率的色散效益作用，在差相位段中采用非标波导，让器件工作在靠近截止频率处，从而实现较高差相位平坦度的要求，满足四端环行器宽带隔离度的需求；
[0018]3.在三分贝(3dB)电桥段，在宽边方向加载了三阶以上的阻抗匹配，同时在电桥腔体内部引入单脊波导的传输模式，通过多级阻抗变换实现器件的宽带匹配设计。
[0019]然后，为了实现超高功率(15kW量级的微放电功率)，主要对铁氧体基片进行改进设计，采用的改进方案包括：
[0020]1、在差相位段，铁氧体基片上下非对称设计(斜对角设计或单片基片设计)增大了腔体间隙提升了微放电阈值；
[0021]2、为了提升器件微放电阈值，降低铁氧体表面的电子被激发，在铁氧体表面涂覆(厚膜，薄膜，高温烧结等)一层非金属材料(不易激发电子)制约铁氧体表面的电子被激发，提升大功率微波铁氧体器件的微放电阈值；
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术解决了超宽带高功率器件的宽带设计技术和星用器件的高功率高微放电阈值问题，能够满足30％以上的相对带宽的需求，以及15kW量级的微放电功率需求，为后续高功率器件国产化替代提供技术支撑，具有较大的经济和军事效应。
附图说明
[0023]图1为现有宽带高微放电结型环行器结构示意图；
[0024]图2为现有宽带大功率四端环行器的结构示意图；
[0025]图3为现有常规的折叠双T段仿真结构图；
[0026]图4为实施例1的折叠双T段仿真结构图；
[0027]图5为图4的剖视图；
[0028]图6为图4另一方向的剖视图
[0029]图7为反向损耗与差相位段相位差关系示意图；
[0030]图8为非标波导(靠近波导截止频率)仿真结构图；
[0031]图9为标准波导口仿真结构图；
[0032]图10为3dB电桥单脊谐振耦合上腔体结构示意图；
[0033]图11为3dB电桥单脊谐振耦合下腔体结构示意图；
[0034]图12为3dB电桥单脊谐振耦合仿真结构图；
[0035]图13为常规3dB耦合电桥仿真结构图；
[0036]图14为四段环行器的仿真结构图
[0037]图15为超宽带四端环行器电性能测试结果；
[0038]图16为本专利技术实施例2的差相位段斜对角铁氧体基片仿真图；
[0039]图17为本专利技术实施例2的差相位段腔体内铁氧体基片结构图；
[0040]图18为本专利技术实施例3铁氧体基片表面涂覆非金属材料结构图；
[0041]图中：1、铁氧体基片；2、折叠双T阻抗匹配台阶；3、折叠双T调谐匹配台；4、差相位段腔体；5、3dB电桥阻抗匹配台阶；6、3dB电桥调谐匹配台； 7、折叠双T段腔体；8、3dB电桥宽边方向多阶匹配台阶；9、3dB电桥窄边方向单脊多阶匹配台阶；10、3dB电桥腔体；11、非金属涂覆层；12、电子；13、腔体壁；A、腔体；B、金属匹配台阶；C、非金属隔板；a、是标准矩形波导宽边；a1、靠近器件截止工作频率的宽边距离(非标准矩形波导尺寸)；b、标准矩形波导窄边；b1、压缩高度；b2、矩形波导的标准高度；c、常规对称设计微放电距离；d、本实施例的非对称设计微放电距离。
具体实施方式
[0042]下面将结合附图对本专利技术作进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高功率星用环行器，依次包括折叠双T段、差相位段和3dB电桥段，所述差相位段腔体内设置有铁氧体基片，其特征在于：在所述折叠双T段的波导窄边方向设置至少两阶阻抗匹配台阶，并在所述折叠双T段的腔体内部采用至少两个多层调谐匹配台。2.根据权利要求1所述的超宽带高功率星用环行器，其特征在于：在所述差相位段采用非标准矩形波导尺寸。3.根据权利要求1所述的超宽带高功率星用环行器，其特征在于：在所述3dB电桥段宽边方向加载三阶及以上的阻抗匹配，并在所述3dB电桥段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，蒋运石，马军伟，王檠，翟宗民，袁兴武，
申请(专利权)人：西南应用磁学研究所中国电子科技集团公司第九研究所，
类型：发明
国别省市：