基于高介电常数石榴石铁氧体的微带环行器设计

采用固相反应法制备高介电常数石榴石铁氧体材料。基于优化的材料性能,利用AnsysHFSS仿真软件对X波段微带环行器进行三维电磁场仿真分析,并结合微电子工艺进行实物研制。实验结果表明,高介石榴石铁氧体材料的介电常数为26,在9GHz附近材料的铁磁共振线宽为100Oe。器件仿真结果表明,在8~12GHz频率范围内,微带环行器的插入损耗小于0.4dB,隔离度大于20dB,电压驻波比小于1.2,表现出良好的环行特性。器件实物测试结果表明,在X波段内插入损耗小于1dB,隔离度大于18dB,驻波比小于1.25。造成实测性能变差的原因主要来自铁氧体较高的介电损耗,样品加工和测试过程产生的误差也有影响。相比于常规介电常数石榴石铁氧体材料研制的微带环行器,该环行器具有更小的体积和重量,实现了器件小型轻量化。

一种X波段小型化微带环行器设计与仿真分析

根据微带环行器的设计理论,利用多路加抗的平面Y谐振器结构构成非互易结电路,由至少两根相互配合的传输线(长度为不大于1/8波长)和一个连接结点构成匹配电路,设计并制作了一种工作在X波段的小型化微带环行器。仿真结果显示,该环行器在8~12 GHz的工作频带内,插入损耗小于0.6 dB,电压驻波比小于1.4,隔离度大于15 dB;外形尺寸为4 mm×4 mm×2.5 mm,实现X波段环行器的小型化。实测结果与仿真结果基本吻合,工作频带内电压驻波比和隔离度比仿真结果略高。

多倍频程MEMS硅基微带环行器设计

作为一种基于微机电系统(MEMS)的微波磁性器件,MEMS微带环行器的核心结构是一种异质嵌套结构,即将微波铁氧体嵌入到基于晶圆级键合封装工艺的硅腔体中。相较于传统的金属薄膜微带线直接分布在铁氧体材料上的微带环行器,MEMS微带环行器具有工艺一致性好、生产效率高、性能更佳等优势。此外,常规全磁环行器在满足器件宽带高功率要求方面存在技术瓶颈,而MEMS环行器方案能够较好地解决这一问题。基于环行器结构、原理和损耗分析,结合ANSYS仿真分析,采用MEMS体硅工艺,设计了一款多倍频程微带环行器,最终实现尺寸为8 mm×8 mm×2.5 mm、工作频率为5~13 GHz、器件插损小于1 dB、电压驻波比小于1.6、隔离度大于12 dB的器件,并实现了器件的批量化制作。

小型化微带环行器的设计与仿真

为了降低微带环行器的平面尺寸,满足器件小型化需求,采用三维电磁仿真软件HFSS设计了不同结构(单Y结、双Y结和鱼刺结)的微带环行器。仿真结果表明:与单Y结和双Y结微带环行器相比,鱼刺结微带环行器可以显著减小器件的平面尺寸,提高铁氧体基片的有效使用面积。在中心频率处,鱼刺结微带环行器的反射、隔离度和插入损耗分别为33.8、48.6和0.17 dB,电压驻波比为1.05,带宽高于300 MHz,满足器件的性能要求。

Ka波段小型化自偏置微带环行器的设计与仿真

为了满足环行器小型化和集成化的需求,基于0.4 mm厚的锶六角铁氧体材料,采用多枝节短截线阻抗匹配设计,利用HFSS软件进行仿真,制备了工作在Ka波段的自偏置环行器。测试结果和仿真结果基本吻合。测试结果表明环行器工作在29 GHz附近,插入损耗3.4 dB,隔离度29.5 dB。分析了插入损耗的主要来源以及改进措施。

微带环行器的设计方法与仿真

由于微带环行器具有体积小,易与微波电路集成等优点,从而成为现阶段环行器研究的主要对象。针对同一铁氧体基片,采用不同的设计方法,设计工作在X波段的微带结环行器,在HFSS中进行仿真,各设计方法的仿真数据均满足设计要求和性能指标。仿真结果表明经典理论设计与计算机仿真相结合对微带环行器的设计具有指导意义。

集成化Drop-in微带环行器

Drop- in微带环行器 (或落入式 )是适应于毫米波集成电路要求的一种新型微波器件。在对此类器件的结构和特性进行介绍的同时 。

基于铁氧体材料(YIG)的微带环行器设计与仿真

以高纯度的Y2O3、Fe2O3为原料，用固相反应法制备Y3Fe5O12（YIG）材料，通过VSM、SEM、Agilent 4291B对材料样品进行分析、测试。结果表明，所制备的YIG材料介电常数大约为15，饱和磁化强度μ0Ms约180mT。基于该材料设计环行器，利用Ansoft HFSS仿真软件建立三维电磁场仿真模型对设计的环行器进行仿真、分析。分析了基片厚度以及外加磁场对环行器性能的影响。最后制作了一个带宽为6～8GHz的环行器。利用矢量网络分析仪Agilent8722ES测试器件的典型散射参数，在中心频率f=7GHz处，环行器的插入损耗为-0．59dB，隔离度为-18dB，电压驻波比为1．12；在6～8GHz范围内，环行器的最大插入损耗为-0．87dB，最小隔离度为-15dB，最大电压驻波比为1．36。

超宽带小型化微带环行器的设计与仿真

设计了一种超宽带小型化双Y结微带环行器,阐述了微带环行器的工作原理、设计理论和方法。在理论分析的基础上,结合计算机辅助软件AppCAD,分别计算出了大小Y结的尺寸,利用HFSS软件进一步对环行器进行建模、仿真,并且根据小Y结尺寸对于环行器带宽的影响,对其进行了优化处理。结果表明,该环行器在7.5～12.5GHz范围内,插入损耗小于0.1dB,隔离度大于20dB,电压驻波比小于1.22,相对带宽大于50%,仿真数据均满足设计要求和性能指标,也满足了环行器小型化的设计要求。

基于复合铁氧体基片的三倍频程超宽带微带环行器设计与仿真分析

通常利用单一铁氧体材料制成的微带环行器难以有超倍频程的带宽。根据一般微带环行器的设计理论,利用两种不同的铁氧体材料构成的复合基片设计并制作了一种工作在三倍频程带宽的超宽带微带环行器。仿真结果表明,该环行器在6~18 GHz的工作频带内,插入损耗(|S12|)小于1 d B,回波损耗(|S11|)大于20 d B,隔离度(|S21|)约19 d B,满足超宽带微带环行器的设计指标。除在整个工作频带内插入损耗有所增加且在低频段的6~6.5 GHz内出现了低场损耗外,实测结果与仿真结果基本吻合。文末讨论了实测结果和仿真结果之间出现低场损耗等差异的原因。

磁化状态对自偏置微带环行器性能的影响

基于钡铁氧体材料设计并制作了中心频率在22GHz的自偏置环行器,仿真结果表明,在22.6GHz附近,插入损耗小于0.2dB,隔离和回波损耗均大于30dB。测试结果表明,无外加磁场、铁氧体没有达到磁化饱和时,在22GHz处,器件插入损耗为2.9dB,隔离损耗接近50 dB。为了研究磁化状态对自偏置环行器性能的影响,在测试时施加弱磁场,插入损耗最小值为1.57 dB,出现在频率22.6 GHz处,对应的隔离度为11.4 dB;当施加强磁场时,插入损耗最小值为1.1 dB,对应的隔离度为11.6 dB;对比施加强弱磁场时的测试结果,可发现随外磁场增强,在22.6GHz处插入损耗降低,但是在22GHz处的隔离度变小。

Ka波段微带环行器设计与HFSS仿真

设计了一种Ka波段微带结环行器,阐述了微带环行器的工作原理、设计方法与仿真过程。在理论分析的基础上,计算出圆盘结和＂大Y结＂尺寸。利用三维结构电磁场仿真软件Ansoft HFSS进行建模、仿真分析,并对其进行优化处理。实验结果表明,该微带环行器在31~40GHz范围内,插入损耗小于0.3dB,电压驻波比小于1.2,隔离度大于20dB,相对带宽大于25%,仿真数据及实验结果满足设计要求。

X波段宽带双Y结微带环行器的设计

基于带线环行器的工作原理,使用YIG软磁基片设计并制作了一款双Y结环行器,工作中心频率及工作范围分别是8.5 GHz,7 GHz^10 GHz.使用HFSS进行仿真设计,环行器的插入损耗小于0.26 d B,反射损耗和隔离度均大于21 d B,具有良好的宽带特性.使用矢量网络分析仪测试了环行器样品,测试结果和仿真结果基本相符,在6.7 GHz^8.1 GHz频段内插损小于0.78 d B,在7.0 GHz^8.6 GHz频段内隔离度大于17 d B.

双结微带环行器的CAD设计

本文以铁氧体结环行器的散射矩阵理论为基础,电磁仿真软件Ansoft HFSS为辅助,设计了一种C波段双结微带环行器,并加工样件进行测试,良好的测试性能验证了设计方法的正确性。本文的设计思路可以运用到其它单结或多结微带环行器的设计中。

双丫结微带环行器的设计

本文给出了一种双丫结环行器的设计方法．基于环行器结本身的谐振电路模型理论，得出环行器外部性能参数与结阻抗的关系，通过对丫结进行场分布分析，从而确定结构尺寸．

准平面化微带环行器优化设计与仿真

采用HFSS仿真软件优化设计了一款准平面化微带环行器,探究铁氧体基板厚度h、中心圆盘半径R以及大小Y结尺寸对环行器性能的影响。结果表明,厚度h和半径R影响铁氧体与电磁波的耦合强度以及环行器的端口阻抗匹配,随着厚度h的增大,环行器的中心频率f_(0)先增高后降低;同时增大半径R会降低“+”模和“–”模的谐振频率,使环行器的中心频率f_(0)移向低频;采用λ_(g)/4波长变换器作为大Y结,回波损耗|S_(11)|和隔离度|S_(12)|随着大Y结长度L_(Y)或宽度W_(Y)的增加均呈现先增大后减小的趋势,中心频率f_(0)会随着大Y结长度L_(Y)的增加或宽度W_(Y)的减小逐渐向低频移动;采用双Y结可增大环行器的带宽,与小Y结的长度L_(Y)不同,宽度W_(Y)对中心频率f_(0)影响不大,同时减小小Y结的尺寸可降低插入损耗|S21|,增大回波损耗|S_(11)|和隔离度|S_(12)|。

X波段铁氧体微带环行器阵列封装设计与仿真

对一种新型的X波段瓦片式相控阵雷达中铁氧体微带环行器阵列(4×4)封装结构展开研究,设计了一种小体积、高密度的微带环行器阵列封装形式。基于HFSS三维仿真软件对该环行器阵列进行仿真,在满足其环行功能的同时,实现了环行器与天线和T/R组件的垂直互联。仿真结果表明,在8.7～12 GHz范围内,环行器阵列正向插入损耗(S12)小于0.52 dB,反向隔离度(S21)和回波损耗(S11)均大于20 dB。

X波段微带环行器的设计与实现

目前对环行器的研究不断趋于小尺寸,片式化。基于带线环行器理论,采用0.6mm厚牌号为XN28的镍系铁氧体材料,利用三维电磁仿真软件HFSS进行建模、仿真、优化分析后,设计了一款应用于X波段的宽频带小型化双Y结微带环行器。所设计的微带环行器在8GHz^12GHz宽频带内,显示出良好的环行性能。回波损耗以及隔离度均大于20d B,插入损耗约在0.5d B左右,电压驻波比(VSWR)小于1.22。仿真结果与实测结果在误差允许的范围内,基本吻合。在获得良好环行性能的同时,还达到了超宽带、小型化的设计要求。

解析小型化宽带微带环行器

铁氧体环行器是一种用来实现天线共用、级间隔离等问题的微波器件,其主要是借助微波场和直流磁场对铁氧体共同作用从而形成一种旋磁效应,目前在微波通讯、航天、航空等领域应用较为广泛。微波集成电路的高度发展给器件的高集成化和小型化提出了更高的要求,微带环行器相对于其他的一些器件具有易于集成化和体积小的优势,所以微带环行器开展高带宽、小型化方面的研究具有极其重要的意义。本文在简单介绍微带环行器的研究背景和意义的基础上,从微带环行器结构的选择、微带环行器匹配方式的选取和微带线的加工工艺等三个方面对微带环行器的研制进行阐述,并对微带环行器的发展趋势做了简要分析。

亳米波微带环行器设计模型

本文依据微波电磁场理论,概述了微带铁氧体器件在毫米波频率下的工作模式,探讨了毫米波微带铁氧体器件的电参数的设计考虑,对从事毫米波微带铁氧体器件的研究,提供了基本的设计模型,以期引起进一步的探讨。