一种90°电控铁氧体移相器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体针对非互易电控铁氧体移相器，涉及一种显著提高移相器功率承受能力的技术方案。将该方案应用于90°电控铁氧体移相器，使其平均功率明显提高。

背景技术

非互易90°铁氧体移相器具有插入损耗小、功率容量较大、相移状态转换时间短等技术优势，常用于需要承受较高平均功率的差相移式电控开关。该电控开关微波部分通常由魔T、电桥和两只90°电控移相器级联组成。魔T、电桥为全金属波导结构，插入损耗很小；移相器则采用铁氧体加载结构，插入损耗较大，是主要发热源，其功率承受能力对电控开关的功率容量具有决定性作用。因此，对显著提升移相器平均功率的技术方案进行研究，具有重要意义。

非互易铁氧体移相器的传统结构如图1所示。对图1(a)所示的单环铁氧体加载结构，铁氧体环棒放置于波导横向中心，工作时微波场能量主要集中于铁氧体环棒的两个E面壁，铁氧体材料电、磁损耗引起的内部发热主要集中于这两个E面壁内部。由于铁氧体环棒E面壁四周基本被空气包围，单环铁氧体加载移相器散热条件较差，功率容量通常较低。对图1(b)所示的双环铁氧体加载结构，横向中心加载有导热性能优于铁氧体的高介电常数陶瓷介质，两个铁氧体环棒对称地放置在陶瓷介质两侧，在高功率工作条件下，紧贴陶瓷介质两面的铁氧体环棒E面壁是主要发热源。由于发热铁氧体壁与陶瓷介质有较大的接触面积，双环铁氧体加载移相器散热条件明显得到改善，其功率容量通常高于单环结构。

为了实现较优综合性能，双环铁氧体移相器中心加载陶瓷介质的横向尺寸往往很小，致使其与金属波导壁的接触面积非常有限，从而限制了该移相器的散热能力。

总而言之，图1所示传统结构移相器的功率容量相对不高，不能满足用户对高功率容量器件的使用需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有移相器功率承受能力之不足，本发明提出一种90°电控铁氧体移相器，能显著提高移相器功率容量。

技术方案

一种90°电控铁氧体移相器，其特征在于包括波导、铁氧体环棒、匹配介质、高介电常数陶瓷介质和高导热低损耗陶瓷介质；所述的铁氧体环棒、匹配介质、高介电常数陶瓷介质和高导热低损耗陶瓷介质位于波导腔内，高介电常数陶瓷介质位于波导横向中心，铁氧体环棒和高导热低损耗陶瓷介质对称放置于高介电常数陶瓷介质的两侧，铁氧体环棒和高导热低损耗陶瓷介质的一侧紧挨波导内壁，匹配介质位于高介电常数陶瓷介质的两端。

本发明更进一步的技术方案为：所述的高导热低损耗陶瓷介质为氮化铝或氮化铍。

本发明更进一步的技术方案为：所述的高介电常数陶瓷介质的介电常数为大于15。

本发明更进一步的技术方案为：所述的匹配介质为氧化铝陶瓷。

有益效果

本发明提出的一种90°电控铁氧体移相器，有益效果如下：

1、采用波导偏心加载单环铁氧体结构，显著降低铁氧体单位面积的热源负荷为提高器件平均功率创造有利条件；

2、采用偏心放置单环铁氧体与导热陶瓷共同形成的组合介质全填充结构，显著增大导热陶瓷与金属波导壁的接触面积，改善器件导热条件，提升器件平均功率容量。

附图说明

图1传统的非互易铁氧体移相器横截面结构示意图：(a)单环铁氧体加载移相器，(b)双环铁氧体加载移相器

图2本发明对应的非互易铁氧体移相器横截面结构示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实现本发明目的的技术方案是：用高导热低损耗陶瓷介质(如氮化铝)替代传统双环铁氧体移相器的一侧环棒，由偏心放置单环铁氧体与导热陶瓷共同形成组合介质全填充结构，通过极大改善发热铁氧体的散热条件，显著提升移相器功率承受能力，并确保其它性能指标满足常规使用要求。

本发明在某Ku波段非互易90°铁氧体移相器中得到了具体实施。

拟通过对本发明移相器技术方案与传统双环结构移相器进行表格比对分析，得出相关结论，验证本发明方案的可行性。

通过三维电磁仿真，两种移相器中铁氧体环棒横截面均为a×h＝2.4mm×4.8mm，E面壁厚0.4mm，中间高介电常数介质横截面a×h＝1.2mm×4.8mm，波导腔体a×h＝6.0mm×4.8mm：

由仿真结果可以看出，与传统结构相比，本发明形成的90°铁氧体移相器在热耗相当的同时，本发明的90°移相器散热接触面明显增大，热负荷明显减小，对提高移相器平均功率具有明显优势。