小型化C波段大功率收发组件研制

摘要：C波段已被广泛用于通信和雷达等领域，而当前电子设备对器件微型化、集成化和高性能的需求越来越高，因此发展小型化C波段高功率收发组件是当前的研究重点。其中，收发组件是系统的关键部件，它的好坏将决定系统的运行效率与可靠性。环形电路是整个系统的核心部分，其主要功能是将发送与接收的信号进行分离，从而使整个系统能够顺利地运行。共同轴和带线环行器因其特殊的构造与特性，在小型化C波段大功率收发组件中具有重要的应用价值。

关键词：小型化；C波段；大功率；收发组件

微波接收系统向高功率、低功耗、微型化、高集成化方向发展，同时微波集成片（MMIC）及多片装配（MCM）等工艺的发展和应用，使收发组件向小型化、轻量化、高集成度方向发展。本篇文章就对小型化C波段大功率收发组件研制进行分析，从而为小型化C波段大功率收发组件的进一步发展提供参考。

一、环行器的基本原理

环行器是C波段小型化高功率接收机的核心元件，其工作机理是利用了微铁氧体的旋磁性。当微波信号在铁氧体材料中传播时，由于外加恒定磁场的作用，铁氧体内部的电子磁矩会产生进动现象。由于该进动导致了其在传输过程中存在着不可逆性，也就是说，在各个方向上，各通道的传播特征存在着差异。具体来说，环行器通常具有三个或更多端口。例如，三端口环行器，从端口1输入的微波信号，会依一定的次序（例如端口1－端口2－端口3－端口1）传送，而非逆向传送。即，端口1的信号仅可从端口2发出，端口2的信号仅可从端口3发出，端口3的信号仅可从端口1发出。环行器具有双向传送的特点，能够对各接口间的信号进行有效地屏蔽，确保其在C波段内稳定高效地工作。通过对材料参数、形状、外加磁场的大小与取向的调控，实现对环行器微小型、高功率的综合优化[1]。

二、小型化C波段大功率收发组件中环行器的设计

（一）设计要求

在C波段小型化的高功率接收机中，环行器的结构对其性能提出了更高的要求。在电学特性方面，需要精确地涵盖C波段（4-8GHz）的工作频带，在此频带上要达到较低的插损，以减少在该频带中的能量损耗，并保持其强度与品质。一般情况下，插损应该保持在一个很小的范围内，例如低于0.5分贝。此外，高绝缘性也是一个重要的衡量标准，通常需要达到20dB以上，这样才能避免发送信号对接收到的信号造成影响，确保收发组件部件的工作性能。同时，为了满足高功率运行要求，环行器必须具有高功率输出能力，并可支持几千伏及以上的高功率、高功率输出。

从外形上看，为达到小型化的目的，环行器应尽量减小其体积。这就要求在结构上合理地布置各组成部分，并使用新型材料及加工技术以达到小型化的目的。另外，也要注意与其他元件的兼容，以保证可以很容易地被整合进一个小型化的收发组件中。从可靠与稳定的观点出发，要求环行器在各种外界因素（如温度、湿度、振动等）下均能稳定运行。要有较好的低温稳定能力，在-40~85℃之间，其各项性能参数的变动应在可接受的范围之内。同时，为了满足各种不同的使用环境，系统还必须具有较强的抗震、耐振动等性能[2]。

（二）设计方法

在小型化C波段大功率收发组件中环行器的设计方法上，先要进行电磁仿真设计。采用HFSS等专用电磁仿真软件对环行器进行建模。在此基础上，通过对器件的材质、尺寸等参数的准确设定，仿真出器件在各种工作频段内的电磁环境，并对其进行持续的参数调节，实现器件的综合性能的最优。比如，调节铁氧体材料参数、永磁体内的磁场分布，达到降低插入损耗，提高隔离度的目的。

在选材上，应选择高质量性能的铁氧体材料。铁氧体材料的特性对其电特性及输出功率有很大的影响。在高功率场合，为提高环行器的功率承受能力，需选用饱和磁化强度高、矫顽力低的铁氧体材料。另外，对永磁材料的选取也非常关键，需要选用剩磁高、矫顽力大的永磁体，提供稳定的偏置磁场。从结构设计角度来看，利用多层膜的复合及微带传输工艺，可以使环行器件的体积大大减小。通过多层结构和微带线技术可以有效减小环行器的尺寸，使各组成部分具有各自的功能，从而有效地提升了整体的空间利用效率。而微带线技术不仅能有效地传递信号，而且还能方便地与其他器件相连。另外，通过将环行器组合体与其他部件进行整合，可以使整体结构更加紧凑。在制作技术上，应采取高精密的生产技术。比如，利用光刻的方法制作出具有高质量、高质量、高质量、高质量的微带导线。在生产过程中，必须使用精确的切削及磨削技术，以保证产品的规格及外形满足设计的需要。为了确保零件的精确安装，必须使用全自动化的装配装备，以增强零件的一致性与可靠性[3]。

三、小型化C波段大功率收发组件中环行器的应用

（一）雷达系统

雷达系统需要高效完成发射和接收功能的切换，而环行器就承担着这一关键任务。在发射过程中，由发射端发出高功率的脉冲，环行器会将高能量的能量传输到天线上，保证信号最大值的传输，进而达到远程检测的目的。C波段以其中等波长、优良的大气传输性能，适用于气象雷达、空管雷达等雷达系统。在接收端，环行器对发送信号进行了有效的隔离，避免了对弱回波的影响。这样就可以更精确地捕获到被测物体的回波，从而改善了探测的敏感性和分辨力。此外，由于采用了小型化设计，降低了整个系统的尺寸、质量，便于装配、布置，提高了其机动能力和适应性。同时，该装置具有较高的可靠性与稳定性，确保其长期稳定工作，为实现对目标的检测与追踪奠定基础[4]。

（二）导航系统

导航系统依靠准确地发送与接收信号，以决定其定位与指引方向。环行天线是一种新型的高功率C波段无线通信系统，它可以实现高精度的C波段无线通信，保证了无线通信系统中的通信距离。C波段的传输损失很低，可以保证在某一范围内的信号强度不变，因此在海上导航、航空导航等领域具有重要的意义。在接收端，环行器可以将发送的信号进行有效的分离，让接收器将注意力集中在从其他导航装置或人造卫星上收到的弱信号上。这对于提升卫星定位精度、可靠度、消除卫星收发信号之间的相互影响具有重要意义。这种小型的环行器可以大大减小其体积，并能方便地与飞机、船舶等不同的运载工具相结合。

（三）电子对抗系统

在电子对抗系统中，要求对干扰信号进行迅速地发送并接收敌方信号以供分析。环行器可以把发射端发出的强功率C波段干扰信号传送给天线，从而实现对敌方通信和雷达等系统的有效干扰。C波段的频段适用于各种电子产品的屏蔽，可以有效地屏蔽敌人的通信、雷达等通讯波段。此外，该环行器还具有对发送信号进行分离的能力，保证了接收机可以正确地接收到敌人的信号，从而可以对敌人的电磁特性及工作方式进行研究。这样，就可以根据实际情况，制定出有目标的干扰方案，改善其性能。由于环行器的小型化，使其具有更轻、更轻、更便于移动、更隐蔽的特点。在复杂的战争条件下，提高环行器的可靠度和反应速度，是保障电子对抗系统及时有效地执行任务并取得主动控制的关键[5]。

四、结束语

随着技术水平的提升，环行器在小型化C波段大功率收发组件中的应用将更加广泛，因此，对其进行深入的研究是非常必要的。同时，进一步强化环行器与其他功能模块的集成技术设计，实现收发组件向小型化、集成化、高性能方向发展。

参考文献：

[1]卯鹏新,唐永亮,王秀芳,等.C波段小型化高功率微波输出窗的设计[J].强激光与粒子束,2024,36(03):50-56.

[2]马韬.一种机载平台的小型化L波段大功率固态功放的实现[J].电子设计工程,2023,31(16):52-55.

[3]吴元清,解效白,郭睿,等.C波段小型化双通道变频收发模块设计[J].雷达与对抗,2020,40(03):42-46.

[4]徐永佳,杨存顺,孙雨婷,等.C波段小型化宽带双圆极化微带阵列天线设计[J].四川大学学报(自然科学版),2020,57(04):719-724.

[5]杨志保,张帅,吴天阳,等.C波段小型化功率收发组件设计[J].电子与封装,2020,20(04):34-38.