射频无源铁氧体带状线双Y结环行器的研究与设计

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环行器作为一种重要的微波铁氧体器件,广泛用于通信与雷达系统中的收发信组件上。本文所研究的无源铁氧体带状线环行器有别于有源环行器,主要应用于基站等大功率器件中,需外加偏置磁场。由于以往铁氧体环行器的设计主要依靠经验,设计成本较高且成品尺寸较大,本文的目的就是从理论分析的角度出发,总结完整的无源铁氧体环行器设计流程,并结合仿真软件分析、修正设计参数,缩短设计周期与成本,以结构小型化为要求进行环行器设计。 本文的重点为研究铁氧体带线结环行器的理论分析和设计流程及双Y结环行器的仿真与样品制作。首先定性地描述铁氧体材料的特性、环行器的工作原理,从场理论的角度推导非互易圆盘结和双Y结两种内导体结构设计参数的计算方法,然后本文总结得到一般带线非互易结环行器的设计流程和内导体CAD结构及电磁参数的选择与计算,并使用数学软件Matlab以场理论计算为依据定量地比较分析两种内导体结构圆盘结和双Y结的内导体CAD参数、铁氧体饱和磁化强度、偏置磁场及环行器阻抗匹配段等参数与环行性能、散射参量之间的关系,以器件小型化设计为目标,得到对于带线环行器设计具有指导意义的一些经验结论。在理论分析的基础上,使用射频EDA软件HFSS进一步对环行器的内导体、铁氧体部分进行中心频点以及工作频段内的仿真与优化,修正各项设计参数并改善其散射参量性能。 最后,根据仿真结果研制工作在EGSM频段925~960MHz,中心频点约为940MHz的基站用铁氧体带状线双Y圆盘结环行器,得到与仿真结果较为一致的实测值。测试结果表明,在工作频段内,插入损耗小于0.2dB,回波损耗为大于26dB,反向隔离大于28dB,电压驻波比小于1.5,不仅测试结果完全达到GSM基站规定的指标要求,也满足了环行器小型化的设计要求。
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