本發明涉及微波電路模塊/組件領域，具體涉及一種微波單向器。
背景技術：
在微波電路模塊/組件技術領域中，存在一種具有微波單向傳輸特性的非互易性器件或電路(簡稱微波單向器)，其基本特點是：如圖1(a)所示，在規定的方向上傳輸微波信號時僅有很小的損耗，而在其它方向上傳輸時就有很大的損耗(隔離)。
正因為微波單向器的這種獨特特性，其在各種微波電路模塊/組件、分系統、整機中被廣泛應用，用來實現諸如級間隔離、防止串擾、阻抗匹配、去耦、收發雙工等作用，從而達到保護系統，有效地提高系統穩定性，可靠性的目的。常見的應用場景如下：
1)射頻鏈路中的前后級之間插入微波單向器，可改善前后級的阻抗匹配，防止后級電路所產生的輸出功率反向傳輸到前級影響前級的正常工作狀態，從而保護前級電路；
2)在微波收發電路中，微波單向器被用作雙工器(如下圖1(b)所示)，以將發射信號直接送到天線發射出去；同時來自天線的接收信號也會直接進入接收機。而不允許信號直接從發射機到達接收機，從而保護接收機。
3)在功率合成電路中(如下圖1(c)所示)，微波單向器常被用于提高合成系統的隔離度，防止由兩個放大器之間的串擾所產生的互調。
上世紀中葉，微波技術中的一大突破是鐵氧體的發現。鐵氧體是由金屬氧化物構成的一類陶瓷性磁性材料。由于鐵氧體旋磁材料是一種各向異性磁性物質，它的磁導率隨外加磁場而變；這種材料在外加微波場與恒定直流磁場共同作用下，產生旋磁特性(又稱張量磁導率特性)。正是這種旋磁特性，使在鐵氧體中傳播的電磁波發生極化的旋轉(法拉第效應)，以及電磁波能量強烈吸收(鐵磁共振)。環行器、隔離器就是利用這種材料在直流磁場和微波場共同作用下呈現出的旋磁特性研制而成的微波單向器(如2圖所示)。
其中圖2(a)為環行器。微波信號只能向一個方向傳輸，即從1到2,從2到3和從3到1是導通的。反過來信號從2到1，從3到2和從1到3是隔離的；當在環行器的一個端口接50歐姆負載，就形成了隔離器，如圖2(b)所示。
現有鐵氧體微波單向器存在以下諸多不足：
1)常規的工作頻率范圍為100mhz～40ghz，理論上低于100mhz也可以實現，但難點在于要求鐵氧體的磁矩低，偏置磁場要求很低，且外形尺寸很大，不容易甚至無法實現。同時，上限工作頻率理論上也可達100ghz，但由于工作頻率高，產品的加工精度難保證，生產調試困難，同時，產品尺寸相對于同系統中其他器件的尺寸依然很大，因此，基本上也不采用。
2)產品的相對工作帶寬窄：通?！?0％，不適用于寬帶應用；
3)體積大，無法適用于許多空間較小的系統或設備，且工作頻段越低體積越大，如某公司的12-55mhz鐵氧體單向器的體積80×80×28。
4)結構復雜，可靠性相對較低。
隨著電子設備技術的發展，對各類微波單向器的需求比較愈來愈大，同時，對單向器的指標要求也越來越高，尺寸要求越來越小，用傳統的氧體技術體系來實現單向器已經不能滿足很多現代系統的要求。上述問題，亟待解決。
技術實現要素：
本發明提出的一種微波單向器，可解決常規鐵氧體微波單向器存在的一些問題，如結構復雜，尺寸大，可靠性相對較低，使用頻率范圍窄，不能滿足很多場合的需求的技術問題。
為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
一種微波單向器，包括非互易半導體器件與前后級的衰減網絡；
所述前級衰減網絡作為單向器的輸入級與前級鏈路連接；
所述后級衰減網絡作為單向器的輸出級與后級鏈路連接；
從輸入級到輸出級形成的射頻鏈路為信號傳輸通道；
所述輸入級到輸出級形成的射頻鏈路兩側設置電磁屏蔽結構。
進一步的，所述非互易半導體器件的輸入/輸出端之間也設置電磁屏蔽結構。
進一步的，所述非互易半導體器件可以是適合其應用場合的具有信號傳輸非互易特性的任何器件，如微波放大器、混頻器、運算放大器等等。。
進一步的，所述傳輸通道為n個，n為大于等于1的自然數；
每個傳輸通道由單向器輸入衰減網絡與前級鏈路相連接，所述非互易半導體器件的輸出端經輸出衰減網絡與后級電路連接；
所述n個傳輸通道共用一個前級鏈路作為輸入端，然后通過功分器再分別與對應的后級連接。
進一步的，所述傳輸通道個數n＝2。
進一步的，所述衰減網絡可以是適用于其應用場合的具有信號衰減作用的任何衰減電路，如分立電阻網絡構成的π型或t型衰減網絡，固定衰減器芯片等等。
進一步的，多級微波單向器可以直接級聯應用，以提高系統的單向傳輸特性。
進一步的，所述前級鏈路與后級鏈路可以是適合其應用場合的任何微波信號電路，如放大鏈路、混頻鏈路或濾波器等等。
由上述技術方案可知，本發明的微波單向器利用具有微波傳輸非互易特性的微波半導體器件來設計微波單向器。
當頻段較高時(如≥100mhz)時，利用微波放大器、混頻器等本身具有微波傳輸非互易特性的半導體器件，配合簡單而適當的外圍電路即可實現所需的微波單向傳輸特性；
當頻段較低時(如<100mhz)時，可利用運算放大器及其外圍電路來實現信號傳輸的非互易性。
當單向電路的單向指標要求很高時，可以選用以下幾種方式：
1)多級具有微波傳輸非互易特性的微波半導體器件進行級聯使用；
2)在具有微波傳輸非互易特性的微波半導體器件前后串聯適當的衰減網絡；
3)還可以通過其它電磁屏蔽結構的輔助，以防止由于空間耦合等因素惡化微波單向傳輸特性。
由于本發明所涉及的這種微波單向電路設計中不涉及鐵氧體材料，因此，不具有背景技術中所介紹的鐵氧體單向器所具有的先天缺陷。
該方法的優勢在于：
1)采用半導體器件，不再采用鐵氧體技術，有利于系統集成度與產品可靠性的提高；
2)采用半導體器件，產品工作頻率范圍寬，相對帶寬也寬，適用范圍更廣。從某種程度上來說，本發明所涉及的這種微波單向電路的工作頻率范圍幾乎沒有限制，可以覆蓋dc-太赫茲,只要此類半導體芯片支持多高的工作頻率，它就可以適用多高的頻率范圍。
3)采用半導體器件，設計方案的自由度大，更容易實現；
因此，本發明所涉及的這種微波單向電路具有工作頻率范圍寬，相對工作帶寬寬，體積小，結構簡單，應用方便等優點?？梢院芎玫捻槕⑿突娮悠骷陌l展需求。
附圖說明
圖1是現有微波單向器存在特點示意圖；
圖2是現有環行器、隔離器的結構示意圖；
圖3是本發明的結構示意圖；
圖4是本發明實施例一的結構示意圖；
圖5是本發明實施例二的結構示意圖；
圖6是本發明實施例π型或t型電阻網絡結構示意圖；
圖7是本發明實施例的放大器信號傳輸特性曲線圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
如圖1所示，本實施例所述的微波單向器，包括非互易半導體器件與前后級的衰減網絡；
所述前級衰減網絡作為單向器的輸入級與前級鏈路連接；
所述后級衰減網絡作為單向器的輸出級與后級鏈路連接；
從輸入級到輸出級形成的射頻鏈路為信號傳輸通道；
所述單向器輸入級到輸出級形成的射頻鏈路兩側設置電磁屏蔽結構；
所述非互易半導體器件的輸入/出端之間也設置電磁屏蔽結構。
其中，所述的非互易半導體器件可以是微波放大器、混頻器、運算放大器及其其它具有非互易傳輸特性的半導體器件。
所述的衰減網絡可以是由分立電阻網絡構成的π型或t型衰減網絡，也可以是固定的衰減器芯片，或其它形式的具有衰減作用電路或網絡等。
以下結合具體應用來說明：
實施例1：
實施例1的結構設計示意圖見圖1。此實施例用于在不改變其它鏈路特性指標的前提下，改善射頻鏈路中輸出到輸入的反向隔離度。
圖中①為射頻鏈路中的前級電路；②④為可選衰減網絡；③微波放大器電路或運算放大器電路(含外圍電路)；⑤為射頻鏈路中的后級電路；⑥射頻鏈路兩側的電磁屏蔽結構；⑦跨越該微波單向器的電磁屏蔽結構。
其中②④所示的可選衰減網絡與③所示的微波放大器電路或運算放大器電路(含外圍電路)構成了該結構中的微波單向器。
其中，根據該微波單向器的工作頻率，可以選擇采用微波放大器或運算放大器。通常工作頻率≥100mhz時，選用微波放大器；當工作頻率<100mhz時，選用運算放大器。
其中②④所示的可選衰減網絡具有三個作用：1)前后級的阻抗匹配；2)調節射頻鏈路的功率電平或動態特性，防止射頻鏈路中的電路工作在非線性狀態；3)盡管衰減網絡不具有單向傳輸特性，但它確為反向器提供了附加反向隔離度。
根據所需的電性能指標要求，并綜合整個鏈路的單向傳輸特性要求、前后級有源器件的動態范圍、及放大器自身的反向傳輸特性等諸多因素來設計其中②④所示衰減網絡的衰減量及③所示的微波放大器電路。
其中⑥所示的射頻鏈路兩側的電磁屏蔽結構及⑦所示的跨越該微波單向器的電磁屏蔽結構，均是為了防止由于空間耦合而惡化鏈路的單向傳輸特性。
實施例2：
實施例2的結構設計示意圖見圖2。此實施例用于在不改變其它鏈路特性指標的前提下，改善任意輸出到輸入，及兩個輸出端口(輸出i與輸出ii)之間的互相隔離度。
該實施例2與實施例1相比，實施例1僅能改善輸出到輸入的單向隔離度；而實施例2能改善輸出到輸入的單向隔離度，同時還能改善兩個輸出端口之間的雙向隔離度。
其中①所示是射頻鏈路的前級鏈路；②所示是功分器；③所示是兩個微波單向器的前級衰減網絡；④所示是兩個微波單向器的非互易半導體器件；⑤所示是兩個微波單向器的后級衰減網絡；⑥所示是射頻鏈路的后級鏈路；⑦所示是射頻鏈路兩側的電磁屏蔽結構；⑧所示是跨越兩個微波單向器的電磁屏蔽結構。
其中，每個微波單向器電路的設計原則與實例1中相同。
設衰減網絡③⑤的衰減量為10db,每個微波單向器電路的非互易半導體器件④的反向隔離度為20db。
其中衰減網絡，在工作頻率不是太高的情況下，可以采用型或t型電阻網絡來實現，如可以采用如圖6所示的型或t型電阻網絡來實現衰減量為10db的衰減網絡。
其中非互易半導體器件需要根據特定的應用場合來選擇適合的器件，在實施例1中采用放大器，某一個產品中選用了美國qorvo的sbb-5089，其信號傳輸特性如圖7所示。左圖為s21表示正向傳輸增益；s12表示反向隔離。因此，應用該型器件在dc-4ghz范圍內可以實現的反向隔離度≥22.5db。
在有些場合需要采用混頻器等其它具有非互易傳輸特性的器件。
實施例中的前級電路可以是放大鏈路或混頻鏈路，后級電路可以是放大鏈路，或濾波器等。具有電路形式需要根據實際應用需求來比較終確定。
則該實例的每個輸出到輸入的反向隔離度較未采用該微波單向器的原鏈路增加40db。兩個輸出之間的互相隔離度也均增加40db。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
技術特征：
1.一種微波單向器，其特征在于：包括非互易半導體器件與前后級的衰減網絡；
所述前級衰減網絡作為單向器的輸入級與前級鏈路連接；
所述后級衰減網絡作為單向器的輸出級與后級鏈路連接；
從輸入級到輸出級形成的射頻鏈路為信號傳輸通道；
所述輸入級到輸出級形成的射頻鏈路兩側設置電磁屏蔽結構。
2.根據權利要求1所述的微波單向器，其特征在于：所述非互易半導體器件的輸入端與輸出端之間也設置電磁屏蔽結構。
3.根據權利要求2所述的微波單向器，其特征在于：所述非互易半導體器件是微波放大器、混頻器、運算放大器之一。
4.根據權利要求1所述的微波單向器，其特征在于：所述傳輸通道為n個，n為大于等于1的自然數；
每個傳輸通道由單向器輸入衰減網絡與前級鏈路相連接，所述非互易半導體器件的輸出端經輸出衰減網絡與后級電路連接；
所述n個傳輸通道共用一個前級鏈路作為輸入端，然后通過功分器再分別與對應的后級連接。
5.根據權利要求4所述的微波單向器，其特征在于：所述傳輸通道個數n=2。
6.根據權利要求1-5任意一項所述的微波單向器，其特征在于：所述衰減網絡是分立電阻網絡構成的π型或t型衰減網絡或者固定衰減器芯片之一。
7.根據權利要求6所述的微波單向器，其特征在于：所述前級鏈路與后級鏈路是放大鏈路、混頻鏈路或濾波器之一。
技術總結
本發明的一種微波單向器，可解決常規鐵氧體微波單向器存在結構復雜，尺寸大，可靠性較低，使用頻率范圍窄，不能滿足需求的技術問題。包括前級衰減網絡、非互易半導體器件和后級衰減網絡；前級衰減網絡作為單向器的輸入級與前級鏈路進行連接；后級衰減網絡作為單向器的輸出級與后級鏈路進行連接；從輸入級到輸出級形成的射頻鏈路為傳輸通道；非互易半導體器件輸入/出端之間，及單向器輸入級到輸出級形成的射頻鏈路兩側設置電磁屏蔽結構。本發明采用半導體器件，產品工作頻率范圍寬，相對帶寬也寬，適用范圍更廣；本發明的工作頻率范圍幾乎沒有限制，可以覆
