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X波段基片集成波导环行器的研究与制备

罗力兢  
【摘要】:通信行业社会现代化发展和人们的生活带来了极大的便利,目前已经进入了4G时代,5G已经提上研发日程。而在通信系统中作为收发、隔离、开关等作用的环形器则有着非常重要的地位。环形器的设计方法、理论、工具在不断发展,性能也在不断提高。目前微波铁氧体环形器向着大功率,小型化,宽带化,高可靠性方向发展,特别是微波通信、能源技术、国防航天等领域。由于波导具有体积和造价的缺陷、微带线有辐射和功率的缺陷,日益满足不了微波技术高功率、低损耗、小体积、低成本的需求。由此人们发现了更有优势的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,简称SIW)技术。SIW技术兼有矩形波导和微带器件的优点,具有低辐射和插损、高Q值、高功率容量、小型化等特点。可以采用PCB或LTCC工艺将无源、有源器件集成在同一衬底上,减少了由不同工艺制作的器件间的连接转换,实现系统良好的集成,适合大批量生产和应用。为了研制出可实际应用的高性能X波段基片集成波导环形器,本文在以下几个方面做了研究:(1)首先根据理论推导和仿真实验,得到电气参数为:驻波比VSWR小于1.2、插入损耗小于0.4dB、回波损耗与隔离度均大于20dB的Y结SIW环形器。(2)通过研究SIW与微带线的匹配技术,将Y结环形器转化为T型环形器,设计出了性能优越且易于集成的小型化T结SIW环形器,在X波段内,回波损耗和隔离度大于20d B,插入损耗小于0.5 d B,器件尺寸为12mm×12mm×0.635mm。(3)设计了圆柱型铁氧体X波段环形器同样达到了技术指标,验证了本文中基片集成波导环形器设计方法的有效性。(4)对三角形铁氧体柱环形器进行了容差分析,分析了各主要参数变化对于器件性能的影响,这对于器测试和改进具有较大指导意义。(5)通过对带状线夹具测试原理、器件装配工艺的研究,制备出了X波段基片集成波导环形器样品并进行测试。样品体积为:12mm×12mm×0.635mm。整个X波段回波损耗大于10 dB,隔离损耗大于5 dB。在10 GHz中心附近,回波损耗小于20dB,插入损耗小于1 dB,隔离大于20 dB的带宽大于1GHz。本文建立了比较完整的基片集成波导环形器设计体系,在微波元器件、集成电路等方面有着广泛的应用前景。


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