臺灣博碩士論文加值系統

本論文為設計一個4.4GHz~5.2GHz頻帶微帶天線環行器，中心頻率為4.8GHz，設計的目標為:Insertion loss 小於0.5dB，頻寬為16.7%(800MHz)，Return loss、Isolation大於20dB，首先介紹環行器的基本理論，探討電磁波在環行器鐵氧體當中的基本特性、損耗，鐵氧體以及外加磁場的選擇是初步設計環行器的重點，接下來開始做內部雙Y型結環行器的理論設計，最後將設計完成的尺寸模型建入HFSS(High Frequency Structure Simulator)軟體進行模擬與優化。
將模擬完成後的環行器元件經加工後，進行環行器組裝，利用永久磁鐵作為外加磁場，接上向量網路分析儀量測，在依實際情況對誤差做磁場與結構的微調，最後測量結果: Return loss & Isolation在在目標頻帶4.4 ~ 5.2 GHz有達到20 dB，在中心頻率處4.8 GHz有30dB的效果，而Insertion loss 則控制在0.4 dB內，達到本次目標。

This thesis is to design a 4.4GHz ~ 5.2GHz microstrip circulator. First introduced the basic theory of the circulator, and discuss the basic characteristics of electromagnetic waves and loss in a ferrite circulator. Choose ferrite and applied magnetic field is the focus of the preliminary design of the circulator. Then start doing double Y junction circulator theoretical derivation and design. Finally, put the design model into HFSS to simulation and optimization.
After completion of the circulator simulation, we manufactured and Assembled the circulator. Use permanent magnet as the magnetic field and connect network analyzer to measure. At last we make fine-tuning to the field and the structure according to the actual situation. Ideal specifications: Insertion loss < 0.5dB，Bandwidth:16.7%(800MHz)，Return loss、Isolation > 20dB

第一章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.1國內外研究狀況 3
1.2發展態勢 4
1.3本次設計規格 4
第二章 波在鐵氧體內的行為 5
2.1 電子在鐵氧體內的行為[1] 5
2.2 磁方程式 6
2.3磁導係數張量(Tensor permeability) 7
2.4飽和磁化量及居禮溫度 9
2.5損耗的影響[2] 12
2.6鐵氧體材料的基本特性 14
第三章 環行器的原理與設計 17
3.1環行器簡介 17
3.2散射矩陣原理 Scattering matrix theory[4] 18
3.3環行條件推導 21
3.4圓盤結簡介[2] 22
3.5雙Y圓盤結簡介[5] 26
3.6 磁場的選擇[5] 33
第四章 環行器的模擬與實作 38
4.1環行器設計流程 38
4.2鐵氧體模擬參數 38
4.3雙Y型參數模擬 39
4.4參數探討 42
4.5環行器模擬結果 46
4.6環行器量測實驗測量結果 49
第五章 56
5.1結論 56
5.2未來展望 56
參考文獻 57

[1] A. J. Baden Fuller, “Ferrites at Microwave Frequencies”, Peter Peregrinus, London, 1987.
[2] David M. Pozar,“Microwave Engineering”,3nd ed., John Wiley & Sons, Inc.,2005.
[3] Martha Pardavi-Horvath, “Microwave Applications of soft Ferrites”, Journal of Magnetism and Magnetic Material 215-216(2000) 171-183.
[4] Douglas K. Linkhart., “Microwave Circulator Design”,ARTECH HOUSE, INC，1989.
[5] 魏克珠, 李士根, 蔣仁培, “微波鐵氧體新器件”第一版 國防工業出版社, 1995.
[6] 魏克珠, 李士根, 蔣仁培, “微波鐵氧體新技術與應用”第一版 國防工業出版社, 2013.
[7] C. E. Fay ; R. L. Comstock, “Operation of the Ferrite Junction Circulator”, IEEE Trans., (Volume:13 , Issue: 1 ), 1965.
[8] Y. S. Wu; F. J. Rosenbaum, “Wide-Band Operation of Microstrip Circulators”, IEEE Trans., Volume:22 , Issue: 10, Page(s):849 – 856, 1974.
[9] 陳振瑋, “4G頻段夾心帶線型環行器研製”, 碩士論文, 國立清華大學, 2013
[10] J. Helszajn; M. E. Powlesland, “Low-Loss High-Peak-Power Microstrip Circulators”, IEEE Trans., Volume: 29, Issue: 6, Pages: 572 – 578, 1981.