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铁氧体微带环行器是当代通信系统中的一个重要元器件,由于具有体积小、便于集成等优点,从而成为当前环行器研究的主要对象,开展微带环行器的设计和制作研究具有重要的意义。同时,随着微波集成电路的迅速发展,要求环行器向小型化、集成化方向发展,因而研究能够与微波电路集成的微带环行器也具有重要的意义。本文主要开展了块材微带环行器和能与微波电路集成的厚膜微带环行器的设计、仿真等研究工作。本文首先基于传统块材环行器的基本工作原理,选择YIG旋磁材料,设计了一个中心频率为5GHz的微带结环行器。采用HFSS软件对其进行了仿真和优化,结果表明在3.0～4.7GHz频率范围内,环行器显示出良好的环行性能,其隔离度大于18dB,插损小于1dB。通过采用双Y结结构进行优化,结果表明双Y结结构使环行器的带宽明显增加,在3.5～9.5GHz的频率范围内,显示出很好的环行性能,插损最低为0.06dB,隔离损耗都大于28dB。环行器的主要结构参数为:中心导带半径为2.75mm,导带线宽度1.55mm,铁氧体厚度为2mm。基于设计并优化后的环行器结构,采用光刻工艺制备了环行器样品,测试结果表明,在2.5～5.5GHz的频率范围内,环行器的最小插损小于1.1dB,反向隔离最大达到22dB。其次,探索了利用“铁氧体厚膜/介质基片”结构来设计与制作小型化自偏置集成环行器。本文设计并研究了集成环行器结构以及材料参数对环行性能的影响。研究结果表明,集成环行器的环行性能不但与铁氧体的绝对厚度有关,而且与铁氧体和基片介质的相对厚度有关。环行器的微波传输特性与铁氧体材料的饱和磁化强度密切相关。当环行器中心导带圆盘半径尺寸和导带线尺寸在设计尺寸5%的范围内变化时,集成环行器仍然显示出较好的环行性能。最后,通过优化得到的集成环行器结构参数为:中心圆盘半径为0.97mm,导带线宽度为0.6mm,铁氧体厚度为0.1mm,基片采用厚度为0.2mm的三氧化二铝介质。采用光刻工艺制备了“BaFe12O19/Al2O3”集成环行器,利用Agilent 8720网络分析仪测试了其微波传输特性。实验结果表明,在不加外磁场的情况下,在27GHz附近,环行器的插入损耗大约为8.5dB,隔离损耗大约为12.5dB,显示出明显的环行性能。