Ka波段自偏置微带边导模隔离器仿真设计与性能
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－5]
。采用 Lakesho（2.8×4） MHz/(A/m)，
样品磁强计测试了其磁性能，如图 2 所示。
0=H0。 为真空磁导率，Ms 为饱和磁化强度，H0 为 偏置磁场，为旋磁比， m 为工作频率。当铁氧体
Simulation design and properties of Ka band self-biased edge mode microstrip isolator based on hexagonal ferrite materials
DING Hao , ZHANG Zhi-zhi , CHEN Fu , FENG Ze-kun School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074, China
工艺·技术·应用
Ka 波段自偏置微带边导模隔离器仿真设计与性能
丁 浩, 张知之, 陈 浮, 冯则坤
（华中科技大学 光学与电子信息工程学院， 湖北武汉 430074）
摘 要：基于 M 型锶六角铁氧体的高各向异性场，采用 HFSS 软件设计了中心频率在 28.2GHz 的自偏置
边导模隔离器。仿真结果表明，在 28.2GHz 附近，插入损耗为 6dB，隔离度大于 38dB，20dB 以下隔离带宽约 为 3.5GHz。 采用传统固相反应法制备 SrM 六角铁氧体材料基片并用丝网印刷工艺实现基片上的微带电路， 根据 设计的结构参数制备了自偏置边导模隔离器。测试结果表明，该自偏置隔离器在 27～29GHz 范围内，表现出强 烈的非互易性，插入损耗小于 10dB, 最大隔离度大于 45dB。由于不需要外加偏置磁场，器件实现了小型化，宽 频带，仿真与实测吻合得较好。 关键词：边导模隔离器；SrM 六角铁氧体；自偏置；设计；性能 中图分类号：TN627 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2017)02-0028-03
r μr j 0 j 0 0 1
r
0
（1）
其中 r 1
0m 0 2 2
（2）
J Magn Mater Devices Vol 48
No 2
m 0 2 2
（3）
得到直径为 25mm 的圆饼。在温度 1170℃进行烧 结，得到烧结样品[4
1 引言
隔离器在移动通讯系统中具有特别重要的地 位，如实现级间隔离、阻抗匹配、去耦合与防止级 间串扰等功能。 传统的隔离器需要外加垂直于基片 的磁场以使铁氧体达到饱和磁化， 器件难以实现小 型化。利用六角铁氧体材料制作的隔离器，由于材 料的高各向异性使得器件工作时不需要加外场， 从 而大大减小了器件的体积。 相比于由环行形器第三 端口加匹配负载所制成的隔离器， 边导模隔离器结 构简单而且具有很高的隔离度。 基于微波铁氧体器
收稿日期：2016-02-24 通讯作者：冯则坤 28 修回日期：2016-05-12 E-mail：fengzekun@
件的发展方向，本文设计并制作了基于 SrM 六角 铁氧体的微带边导模隔离器。
2 材料与器件设计基本原理
铁氧体材料的各向异性是实现自偏置的基础， 在微波场和各向异性场的共同作用下， 铁氧体材料 的非互易性可表示成材料磁导率的张量形式
Abstract: Based on high anisotropy magnetic fields in hexagonal ferrites, self-biased edge mode isolator with central frequency of 28.2GHz was simulated using HFSS software. The simulation results show that at around 28.2GHz, the insertion loss is less than 6dB, and isolation is greater than 38dB, the bandwidth under 20dB is about 3.5GHz. The SrM ferrite materials were prepared with traditional solid-state reaction and the circuits were printed by screen techniques. From 27GHz to 29GHz, The measured S-parameter curves exhibit non-reciprocity for the SrM hexagonal ferrite substrate. The isolator features an insertion loss of 10dB and an isolation of 45 dB, thus, achieving the goal of simplification and broadband without externally applying magnetic fields. The measurement results agreed well with the simulation ones. Key words: edge mode isolator; SrM ferrite; self-biasing; design; performance.
基片沿 z 方向磁化(横向磁化)且微带线中心导体相 对于高度较宽时， 正向传播时铁氧体中的圆极化场 是右旋的，反之，则左旋。在共振点下，铁氧体对 左右波显示不同的磁导率。 而电磁波总是向较大磁 导率的区域集中， 所以微波电磁场就沿中心导体一 边集中。在另一边，电磁场已衰减到可忽略不计的 程度，由此可见，这类电磁场是沿中心导体边缘进 行传播的，对边导模隔离器的场分布进行分析，微 波场的能量主要集中在导体边缘。 电磁波沿 y 轴传 输，沿 x 轴呈指数衰减[1-2]。所得电磁场分布如下：
。采用 Lakesho（2.8×4） MHz/(A/m)，
样品磁强计测试了其磁性能，如图 2 所示。
0=H0。 为真空磁导率，Ms 为饱和磁化强度，H0 为 偏置磁场，为旋磁比， m 为工作频率。当铁氧体
Simulation design and properties of Ka band self-biased edge mode microstrip isolator based on hexagonal ferrite materials
DING Hao , ZHANG Zhi-zhi , CHEN Fu , FENG Ze-kun School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074, China
工艺·技术·应用
Ka 波段自偏置微带边导模隔离器仿真设计与性能
丁 浩, 张知之, 陈 浮, 冯则坤
（华中科技大学 光学与电子信息工程学院， 湖北武汉 430074）
摘 要：基于 M 型锶六角铁氧体的高各向异性场，采用 HFSS 软件设计了中心频率在 28.2GHz 的自偏置
边导模隔离器。仿真结果表明，在 28.2GHz 附近，插入损耗为 6dB，隔离度大于 38dB，20dB 以下隔离带宽约 为 3.5GHz。 采用传统固相反应法制备 SrM 六角铁氧体材料基片并用丝网印刷工艺实现基片上的微带电路， 根据 设计的结构参数制备了自偏置边导模隔离器。测试结果表明，该自偏置隔离器在 27～29GHz 范围内，表现出强 烈的非互易性，插入损耗小于 10dB, 最大隔离度大于 45dB。由于不需要外加偏置磁场，器件实现了小型化，宽 频带，仿真与实测吻合得较好。 关键词：边导模隔离器；SrM 六角铁氧体；自偏置；设计；性能 中图分类号：TN627 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2017)02-0028-03
r μr j 0 j 0 0 1
r
0
（1）
其中 r 1
0m 0 2 2
（2）
J Magn Mater Devices Vol 48
No 2
m 0 2 2
（3）
得到直径为 25mm 的圆饼。在温度 1170℃进行烧 结，得到烧结样品[4
1 引言
隔离器在移动通讯系统中具有特别重要的地 位，如实现级间隔离、阻抗匹配、去耦合与防止级 间串扰等功能。 传统的隔离器需要外加垂直于基片 的磁场以使铁氧体达到饱和磁化， 器件难以实现小 型化。利用六角铁氧体材料制作的隔离器，由于材 料的高各向异性使得器件工作时不需要加外场， 从 而大大减小了器件的体积。 相比于由环行形器第三 端口加匹配负载所制成的隔离器， 边导模隔离器结 构简单而且具有很高的隔离度。 基于微波铁氧体器
收稿日期：2016-02-24 通讯作者：冯则坤 28 修回日期：2016-05-12 E-mail：fengzekun@
件的发展方向，本文设计并制作了基于 SrM 六角 铁氧体的微带边导模隔离器。
2 材料与器件设计基本原理
铁氧体材料的各向异性是实现自偏置的基础， 在微波场和各向异性场的共同作用下， 铁氧体材料 的非互易性可表示成材料磁导率的张量形式
Abstract: Based on high anisotropy magnetic fields in hexagonal ferrites, self-biased edge mode isolator with central frequency of 28.2GHz was simulated using HFSS software. The simulation results show that at around 28.2GHz, the insertion loss is less than 6dB, and isolation is greater than 38dB, the bandwidth under 20dB is about 3.5GHz. The SrM ferrite materials were prepared with traditional solid-state reaction and the circuits were printed by screen techniques. From 27GHz to 29GHz, The measured S-parameter curves exhibit non-reciprocity for the SrM hexagonal ferrite substrate. The isolator features an insertion loss of 10dB and an isolation of 45 dB, thus, achieving the goal of simplification and broadband without externally applying magnetic fields. The measurement results agreed well with the simulation ones. Key words: edge mode isolator; SrM ferrite; self-biasing; design; performance.
基片沿 z 方向磁化(横向磁化)且微带线中心导体相 对于高度较宽时， 正向传播时铁氧体中的圆极化场 是右旋的，反之，则左旋。在共振点下，铁氧体对 左右波显示不同的磁导率。 而电磁波总是向较大磁 导率的区域集中， 所以微波电磁场就沿中心导体一 边集中。在另一边，电磁场已衰减到可忽略不计的 程度，由此可见，这类电磁场是沿中心导体边缘进 行传播的，对边导模隔离器的场分布进行分析，微 波场的能量主要集中在导体边缘。 电磁波沿 y 轴传 输，沿 x 轴呈指数衰减[1-2]。所得电磁场分布如下：