微帶結(jié)環(huán)行器設(shè)計與仿真研究.pdf

1、鐵氧體微帶環(huán)行器是當代通信系統(tǒng)中的一個重要元器件，由于具有體積小、便于集成等優(yōu)點，從而成為當前環(huán)行器研究的主要對象，開展微帶環(huán)行器的設(shè)計和制作研究具有重要的意義。同時，隨著微波集成電路的迅速發(fā)展，要求環(huán)行器向小型化、集成化方向發(fā)展，因而研究能夠與微波電路集成的微帶環(huán)行器也具有重要的意義。本文主要開展了塊材微帶環(huán)行器和能與微波電路集成的厚膜微帶環(huán)行器的設(shè)計、仿真等研究工作。 本文首先基于傳統(tǒng)塊材環(huán)行器的基本工作原理，選擇YIG旋磁

2、材料，設(shè)計了一個中心頻率為5GHz的微帶結(jié)環(huán)行器。采用HFSS軟件對其進行了仿真和優(yōu)化，結(jié)果表明在3.0～4.7GHz頻率范圍內(nèi)，環(huán)行器顯示出良好的環(huán)行性能，其隔離度大于18dB，插損小于1dB。通過采用雙Y結(jié)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，結(jié)果表明雙Y結(jié)結(jié)構(gòu)使環(huán)行器的帶寬明顯增加，在3.5～9.5GHz的頻率范圍內(nèi)，顯示出很好的環(huán)行性能，插損最低為0.06dB，隔離損耗都大于28dB。環(huán)行器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為：中心導(dǎo)帶半徑為2.75mm，導(dǎo)帶線寬度1.5

3、5mm，鐵氧體厚度為2mm。基于設(shè)計并優(yōu)化后的環(huán)行器結(jié)構(gòu)，采用光刻工藝制備了環(huán)行器樣品，測試結(jié)果表明，在2.5～5.5GHz的頻率范圍內(nèi)，環(huán)行器的最小插損小于1.1dB，反向隔離最大達到22dB。 其次，探索了利用“鐵氧體厚膜/介質(zhì)基片”結(jié)構(gòu)來設(shè)計與制作小型化自偏置集成環(huán)行器。本文設(shè)計并研究了集成環(huán)行器結(jié)構(gòu)以及材料參數(shù)對環(huán)行性能的影響。研究結(jié)果表明，集成環(huán)行器的環(huán)行性能不但與鐵氧體的絕對厚度有關(guān)，而且與鐵氧體和基片介質(zhì)的相對厚度

4、有關(guān)。環(huán)行器的微波傳輸特性與鐵氧體材料的飽和磁化強度密切相關(guān)。當環(huán)行器中心導(dǎo)帶圓盤半徑尺寸和導(dǎo)帶線尺寸在設(shè)計尺寸5％的范圍內(nèi)變化時，集成環(huán)行器仍然顯示出較好的環(huán)行性能。最后，通過優(yōu)化得到的集成環(huán)行器結(jié)構(gòu)參數(shù)為：中心圓盤半徑為0.97mm，導(dǎo)帶線寬度為0.6mm，鐵氧體厚度為0.1mm，基片采用厚度為0.2mm的三氧化二鋁介質(zhì)。采用光刻工藝制備了“BaFe12O19/Al2O3”集成環(huán)行器，利用Agilent8720網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了其微波