20世纪50年代,铁氧体材料设计的铁氧体环行器、隔离器等开始在民用领域和军事领域开始得到运用,并在广大理论工作者和众多工程技术人员的共同努力下,微波铁氧体环形器包括在理论和工程运用两方面都取得了重大突破。79488

20世纪60年代,早期的结环行器的有关理论开始起步并逐渐完善。1961年,U。Milano发表了一篇关于带状线Y形结环形器的文章,奠定了最早的铁氧体环形器的理论研究基础。随后,H。Bosma从场理论出发并结合格林函数对带线结环行器进行详细理论分析和研究,由此产生了基本的平面结环形器理论。不久,C。E。Fay和R。L。Comstock对结环行器提出了一种新的对称模型,并且详细地描述了其工作原理。Y。S。Wu和F。J。Rosenbaum在H。Bosma提出的理论基础上并结合麦克斯韦方程组,提出了环形器的两个环行条件表达式,并利用H。Bosma的格林函数提出了倍频宽带环形器的实现条件,并于1981年详细地阐述了结环形器的等效电路和输入阻抗与铁氧体材料和结构参数间的关系,为微带环形器的宽带化做出了突出贡献。Helszajn等人还在研究带线环形器时,引入了时域有限差分法(FDTD)、边界元法(BEM)、有限元法(FEM)等,使环形器的理论研究更进一步。朱一成等人采用上述分析方法对铁氧体微带环形器和带线环形器进行了三维分析并计算了环行特性参数,证明了FDTD法分析环行器的可行性。Bosma则利用格林函数对铁氧体平面环形器进行了深入分析和研究,并采用有限元分析法成功地将三维问题转化为二维问题。周雁翎等人研制出了槽形传输线环形器并得到了不错的环行效果。论文网

环行器的尺寸经历了由大到小的演变过程。一开始研制的环行器主要是大体积的波导型环行器且应用频率比较低。随着微波集成技术的不断进步和成熟,共面波导结构的环行器与带线/微带环行器相比,其优点更加突出。共面波导结构的概念是由C。P。Wen在1969年首次提出的,其传播模式为准TEM波传输。相比其他传输线,共面波导传输线具有明显优势。

目前商用环行器是以带线环行器的理论基础,随着单片集成技术的发展原有理论就不适合集成环行器的设计,集成环行器的模型建立和理论推导成为必须解决的问题。针对此现象,Rashidi等人基于带线结构的模型推导了集成环行器的理论,通过对器件的参数进行详细的电磁仿真,得出理论模型和仿真结果基本一致。当下环行器发展的方向主要为薄膜型化以及单片微波集成化。适合于集成化的环形器主要有全磁式、重叠式和Drop.in式、镶嵌式等。C。P。Hartwig和D。W。Readey于1970年首次提出了薄膜环行器的概念并进行了具体的理论分析。他们发现这种结构的薄膜环行器最大的设计障碍是阻抗匹配困难,主要由于铁氧体薄膜的厚度与介质基片厚度的关系处理不好,从而导致薄膜环行器的较小的磁化强度,进而使阻抗得不到快速有效匹配,耗费不少时间和成本。

纵观国内外环形器发展情况,我国在环行器和隔离器的理论和设计上还有一段距离。根据射频微波电路的需要,我国的环行器呈现日益薄膜化、小型化和集成化的发展势头。综合国内外研究现状及发展趋势来看,铁氧体环行器的性能逐步变得更好,尺寸更小,质量更轻,频带更宽。随着微波集成技术的进步和更为严格的要求,环行器最终必须要实现易集成、小型化、轻量化和宽带化才能有更好的前景。

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