[发明专利]一种微波单向器

说明书

本发明的一种微波单向器，可解决常规铁氧体微波单向器存在结构复杂，尺寸大，可靠性较低，使用频率范围窄，不能满足需求的技术问题。包括前级衰减网络、非互易半导体器件和后级衰减网络；前级衰减网络作为单向器的输入级与前级链路进行连接；后级衰减网络作为单向器的输出级与后级链路进行连接；从输入级到输出级形成的射频链路为传输通道；非互易半导体器件输入/出端之间，及单向器输入级到输出级形成的射频链路两侧设置电磁屏蔽结构。本发明采用半导体器件，产品工作频率范围宽，相对带宽也宽，适用范围更广；本发明的工作频率范围几乎没有限制，可以覆盖DC‑太赫兹，只要此类半导体芯片支持多高的工作频率，它就可以适用多高的频率范围。

技术领域

本发明涉及微波电路模块/组件领域，具体涉及一种微波单向器。

背景技术

在微波电路模块/组件技术领域中，存在一种具有微波单向传输特性的非互易性器件或电路(简称微波单向器)，其基本特点是：如图1(A)所示，在规定的方向上传输微波信号时仅有很小的损耗，而在其它方向上传输时就有很大的损耗(隔离)。

正因为微波单向器的这种独特特性，其在各种微波电路模块/组件、分系统、整机中被广泛应用，用来实现诸如级间隔离、防止串扰、阻抗匹配、去耦、收发双工等作用，从而达到保护系统，有效地提高系统稳定性，可靠性的目的。常见的应用场景如下：

1)射频链路中的前后级之间插入微波单向器，可改善前后级的阻抗匹配，防止后级电路所产生的输出功率反向传输到前级影响前级的正常工作状态，从而保护前级电路；

2)在微波收发电路中，微波单向器被用作双工器(如下图1(B)所示)，以将发射信号直接送到天线发射出去；同时来自天线的接收信号也会直接进入接收机。而不允许信号直接从发射机到达接收机，从而保护接收机。

3)在功率合成电路中(如下图1(C)所示)，微波单向器常被用于提高合成系统的隔离度，防止由两个放大器之间的串扰所产生的互调。

上世纪中叶，微波技术中的一大突破是铁氧体的发现。铁氧体是由金属氧化物构成的一类陶瓷性磁性材料。由于铁氧体旋磁材料是一种各向异性磁性物质，它的磁导率随外加磁场而变；这种材料在外加微波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性(又称张量磁导率特性)。正是这种旋磁特性，使在铁氧体中传播的电磁波发生极化的旋转(法拉第效应)，以及电磁波能量强烈吸收(铁磁共振)。环行器、隔离器就是利用这种材料在直流磁场和微波场共同作用下呈现出的旋磁特性研制而成的微波单向器(如2图所示)。

其中图2(A)为环行器。微波信号只能向一个方向传输，即从1到2,从2到3和从3到1是导通的。反过来信号从2到1，从3到2和从1到3是隔离的；当在环行器的一个端口接50欧姆负载，就形成了隔离器，如图2(B)所示。

现有铁氧体微波单向器存在以下诸多不足：

1)常规的工作频率范围为100MHz～40GHz，理论上低于100MHz也可以实现，但难点在于要求铁氧体的磁矩低，偏置磁场要求很低，且外形尺寸很大，不容易甚至无法实现。同时，上限工作频率理论上也可达100GHz，但由于工作频率高，产品的加工精度难保证，生产调试困难，同时，产品尺寸相对于同系统中其他器件的尺寸依然很大，因此，基本上也不采用。

2)产品的相对工作带宽窄：通常≤50％，不适用于宽带应用；

3)体积大，无法适用于许多空间较小的系统或设备，且工作频段越低体积越大，如某公司的12-55MHz铁氧体单向器的体积80×80×28。

4)结构复杂，可靠性相对较低。

随着电子设备技术的发展，对各类微波单向器的需求最愈来愈大，同时，对单向器的指标要求也越来越高，尺寸要求越来越小，用传统的氧体技术体系来实现单向器已经不能满足很多现代系统的要求。上述问题，亟待解决。

发明内容