in，然后隨爐自然降溫。 由于原材料含有一定的干擾雜質，導致理論計算的質量百分比含量相比實際含量存在一定 的誤差，材料1-3的組份含量分析測試結果見表格所示。
[0013] 材料1-3在常溫300K下有比較接近的磁參數，但是其磁參數的溫度特性相差很 大，從而需要優選適合低溫應用的微波鐵氧體材料，各材料的具體成分分析見表： 表1材料1￥2.8*^。.#64.2/1。. 65%12012的主要成分（含有雜質0.58%5丨02,0.42%1110， 0. 69% NiO)
表2材料2為本發明所述材料Y^Ca^Fe^AluSn^Ou的主要成分（雜質0. 39% SiO2,0. 33% MnO, 0. 13% NiO)
表3材料3丫2.940&。.。(^ 3.9，11311。.。6012的主要成分（雜質0.29%310 2,0.37 %1110， 0. 51% NiO)
表4材料1-3的具體磁參數溫度特性
上述YCaAlSnIG系列材料1-3的4 π Ms-T關系圖如圖1所示，4 π Ms-T歸一化關系圖如 圖2所示，通過比較可以看出YCaAlSnIG各組分的比例對材料的4 π Ms參數的影響很大。 溫度300K-4K區間內，材料1的4 π Ms相對增加百分比為73. 1 %，在溫度4K時，其4 π Ms =187(^;材料3的431|^相對增加百分比為65.7%，在溫度41(時，其43118 = 237068， 材料1和3低溫下的磁參數值不滿足C波段低溫隔離器的設計要求；溫度120K-4K區間內， 材料1的4 π Ms相對增加百分比為10. 7%，材料3的4 π Ms相對增加百分比為9. 7%，其飽 和磁化強度增大較多，不能保證隔離器工作的寬溫區特性。本發明所述材料（材料2)的常 溫300K時飽和磁化強度4 JT Ms= 1240Gauss，其4 JT Ms隨溫度變化的結果如圖3所示，結果 顯示YCaAlSnIG材料的4 π Ms溫度特性則隨著溫度的降低，其值逐漸增大并在低溫下趨于 飽和，這一特性符合低溫隔離器的設計要求，其飽和磁化強度由300K時4 π Ms= 1240Gauss 增大到4K時4 π Ms= 1670Gauss，增大了約35 %，低溫下的飽和磁化強度4 π M 3參數值也 符合C波段4-SGHz頻段設計要求，因為飽和磁化強度的大小和微波器件的頻段設計有一致 性，相比常溫值變化是非常顯著的，且沒有理論預知性，所以必須通過低溫實驗才能挑選出 適合低溫應用的微波材料。在溫度120K-4K溫度區間內飽和磁化強度4 π Ms* 1620Gauss 增大到1670Gauss，可見在溫度120K-4K區間內，其飽和磁化強度僅僅增大了約3%，保證了 隔離器工作的寬溫區特性，然而其飽和對于相對介電常數e y其溫度系數較低，常溫參數 不影響低溫隔離器的尺寸設計，其值在常溫300K時，相對介電常數^ 14. 5。
[0014] 根據（Pan Yongji，"A New Design Method for the Octave-Band Stripline Circulator, '，Chinese J. of Systems Engineering&Electronics, Vol. 5, No. 4, pp. 33 - 39, 1994.)，Pan Yong j i倍頻程帶線環行器設計方法，基于低溫120K-4K下 YCaAlSnIG的電磁參數，就可以完成低溫C波段寬溫區寬帶隔離器的設計，內部結構如圖4 所示。
[0015] 有益效果： 本項發明彌補了國內低溫寬溫區寬帶隔離器研制的空白，為射電天文等低噪聲雷達接 收機前端系統提供了一個關鍵器件，低溫4K~120K下其相對工作帶寬大于66%，隔離度 高，插入損耗小，可以滿足超導接收機系統對低溫隔離器的需求，具體指標如下： 頻率范圍4GHz~8GHz ; 正向輸入損耗〇. 3~0. 6dB ; 反向隔離13dB~40dB ; 電壓駐波比1. 4 ; 工作溫度4K~120K。
【附圖說明】
[0016] 圖I YCaAlSnIG系列材料4 π Ms-T關系圖。
[0017] 圖2 YCaAlSnIG系列材料4 π Ms-T歸一化關系圖。
[0018] 圖3本發明所述YCaAlSnIG材料4 π Ms-T關系圖。
[0019] 圖4本發明所述低溫寬溫區寬帶隔離器內部結構示意圖。
[0020] 圖5本發明所述低溫寬溫區寬帶隔離器4K下實際隔離效果測試圖。
[0021] 圖6本發明所述低溫寬溫區寬帶隔離器77K下實際隔離效果測試圖。
[0022] 圖7本發明所述低溫寬溫區寬帶隔離器120K下實際隔離效果測試圖。
【具體實施方式】
[0023] 實施例1 根據Pan Yongji倍頻程帶線環行器設計方法，基于低溫50K下YCaAlSnIG電磁參數 4 π Ms= 1660Gauss，e 14. 5,設計低溫帶線Y結型環行器，內部結構如圖4所示，圖中1 為雙Y結型中心導體帶狀線；2為鐵氧體材料YCaAlSnIG ;3為Teflon介質基板；4、為隔離 器一端口；5為隔離器銅制基座。雙Y結型大Y結長度為5. 4mm，寬度為I. 64mm，小Y結長 度為3. 3_，寬度為I. 3_，鐵氧體直徑為10. 8_，厚度為0. 98_，端口四分之一波長阻抗匹 配線長度為8. 7mm，寬度為2. 3mm，端口 3接有50歐姆負載形成低溫隔離器。選擇4K、77K 和120Κ溫度下，測量隔離器的隔離效果，結果見圖5-圖7,結果顯示低溫4Κ~120Κ溫度區 間，工作頻率4GHz~8GHz，本發明所述隔離器隔離度高，插入損耗小，工作帶寬大于66%， 可以滿足超導接收機系統等低溫接收機系統對低溫隔離器的需求，具體指標如下： 頻率范圍4GHz~8GHz ; 正向輸入損耗〇. 3~0. 6dB ; 反向隔離13dB~40dB ; 電壓駐波比1. 4。
【主權項】
1. 一種低溫C波段寬溫區寬帶微波隔離器，包括鐵氧體，其特征在于所述鐵氧體采 用YCaAlSnIG制成，YCaAlSnIG材料的主要成分質量百分含量如下：Y203 50. 1 %，Fe2O3 39. 7%，SnO2 4. 99%，Al2O3 2. 45%，CaO1.29%。2. 如權利要求1所述的隔離器，其特征在于所述隔離器為雙Y結型環行器。3. 如權利要求2所述的隔離器，其特征在于所述雙Y結型環行器的大Y結每個分支 長度為5. 4mm，寬度為I. 64mm，小Y結每個分支長度為3. 3mm，寬度為I. 3mm，鐵氧體直徑為 10. 8mm，厚度為0. 98mm，端口四分之一波長阻抗匹配線長度為8. 7mm，寬度為2. 3mm。4. 如權利要求1-3所述的隔離器，其特征在于應用在低噪聲接收機前端、衛星通訊及 超導雷達接收機系統中。
【專利摘要】本發明公開了一種低溫C波段寬溫區寬帶微波隔離器，包括鐵氧體，所述鐵氧體采用YCaAlSnIG制成，YCaAlSnIG材料的主要成分質量百分含量如下：Y2O3？50.1％，Fe2O3？39.7％，SnO2？4.99％，Al2O3？2.45％，CaO？1.29％。本發明所述隔離器低溫4K～120K下其相對工作帶寬大于66％，隔離度高，插入損耗小，可以滿足超導接收機系統對低溫隔離器的需求。
【IPC分類】H01P1/36, H01P1/383
【公開號】CN105226357
【申請號】CN201510664582
【發明人】劉潔, 龔則明, 單文磊
【申請人】中國科學院紫金山天文臺
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月15日