x波段四端环行器仿真设计与分析

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1、第一章引言第一章引言1.1高功率铁氧体器件概述我国的微波铁氧体技术起步于五十年代后期，经过五十余年的研究发展，各种铁氧体器件广泛应用于军事和民用高科技技术领域。高功率隔离器、环行器是大功率微波系统中必需的关键器件。大功率环行器在系统中所起到的主要作用是实现大功率微波信号的正向通过进入后续系统，而对后续系统可能产生的反射信号进行旁路隔离，以避免前置的行波管放大器受反射信号的影响；另外，对微波发射系统与接受系统进行隔离，避免发射信号对接受信号的干扰，起通道转换、各部分之间去耦的作用，尤其在磁控管之类的大功率源的

2、输出端、大功率发射天线与前级功放之间的隔离作用是此类器件最常用、最主要的使用场合。所以该类产品是大功率微波系统中的关键器件之一。目前，由旋磁性铁氧体样品制作的波导环行器已广泛应用于高分辨率雷达和射电天文等一系列微波和毫米波系统中。在雷达收发系统中，应用广泛的[1]是四端口差相移式环行器。与结环行器、波导结环行器等相比较，四端口差相移式环行器主要用作双工系统，发射机发射的高功率信号经过环流器转到天线，天线把接收到的回波信号经过环行器转到接收机，即到收发开关的的双工作用。其具有功率容量大，插入损耗小、工作频率范

3、围宽的特点，除用作收发开关外，还常常在高功率微波系统中起级间隔离作用。在远程预警雷达、通讯系统、医疗的大功率微波放射仪、工业上岩石探孔、热干燥系统等方面大功率微波系统获得了广泛使用，大功率环行、隔离器的使用越来越受到各领域的重视，并不断发展。本研究所研制的高功率环行器是四端口差相移式环行器，它可以完成三、四路传输通道的环行作用；在两个端口上外接上相应负载后又可以完成大功率隔离器的功能。1.2国内外相关技术现状及发展趋势高功率是当前微波技术发展的一个重要方向，无论在军用或民用领域，微波功率水平的高低都成为了一

4、个国家微波技术发展水平的一个重要标志。1万方数据电子科技大学硕士学位论文在实际运用中，首先是在远程预警雷达、远程火控雷达、电子对抗等军事应用系统中显示出了微波功率水平的突出重要性。在高功率微波系统中，高功率隔离器在整机系统中可以起到隔离和改善系统匹配、防止功率源由于反射而被烧毁、保证功率源输出功率稳定、防止负载对功率源的频率牵引等作用；而环行器可以起到环流和双工的作用。高功率隔离器和环行器是确保高功率微波整机系统正常、稳定、可靠工作的关键的元器件，对该类器件的研制是发展我国高功率微波技术一个必不可少的重要环

5、节。我国高功率微波技术经过多年发展，已基本具备了一定的基础，但在研究水平、器件承受功率尤其是高功率器件系列化方面，我们和俄罗斯、美国等先进国家还有相当的差距，不能完全满足今后一系列重点工程的更高需求，而国外在高功率微波器件产品和制作技术方面对我国严密封锁和禁运，因此，对高功率波导隔离器和环行器系列型谱进行攻关以提高该类器件的高功率水平以及器件的系列化水平就显得十分迫切和必要。随着近年来X频段微波系统在军事领域应用的不断发展，该频段微波雷达的应用已涵盖了车载、机载、舰载等领域，其功能也涉及了制导、探测、火控等

6、多方面。在现代高技术战争条件下，超视距作战、远程预警、远距离电子干扰等也日益成为军事发展的趋势。这就对雷达系统的工作半径提出了更高的要求。提高雷达系统的功率容量可以有效地提高雷达系统的整体性能。然而，系统功率容量[2]的提升也受到了其中一些关键元件功率容量的限制。大功率的环行器就是其中之一。就国内来看，X频段的大功率环行器技术水平目前较国外而言仍有一定的差距。主要表现在功率容量方面，诸如美国、俄罗斯等科技强国的产品平均功率容量已达到十几千瓦级别，而峰值功率也以有几百千瓦级。国内一些制造商的环行器虽已有较高的

7、峰值功率容量，但平均功率容量水平仍较低。因此，国内在今后对该类产品的研制趋势仍将是提高平均功率容量，缩小与国外的差距。对该种器件的研制，不仅可以提高我国高功率波导环行器、隔离器的技术水平，缩小这类器件与国外的差距，而且可以进一步增强我们自主研究和开发这类器件的能力，提高我国高功率波导环行器、隔离器系列化程度，并为今后进一步开展更高频段、更高功率水平的铁氧体环行器、隔离器的系列化研究工作奠定良好的基础。国内外同类产品对比如下：2万方数据第一章引言表1-1国内外同类产品对比表频率损耗隔离平均功率脉冲功率厂家驻波

8、(GHz)(dB)(dB)(kw)（kw）电子9所9.3～9.51.20.3203200美国M/A公司9～101.20.3202.530俄罗斯FERRITE公司7.05～101.150.4205501.3论文主要工作本论文研究的X波段四端环行器主要针对产品的高功率小损耗这两个关键指标要求，通过对3dB电桥,魔T及移相段的S参数仿真设计、结构设计和铁氧体材料设计，在实现产品的电性能要求的同时探寻影响环行器稳定的各种