專利名稱：小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波技術(shù)。
背景技術(shù)：
微波鐵氧體環(huán)行器是一種應(yīng)用十分廣泛的非互易微波器件，它可以在雷達(dá)中做天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，分離輸入與輸出信號、入射波與反射波，也可以在微波傳輸系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中做隔離器等。此外環(huán)形器還可在移動通信中作為基站和移動臺中的天線共用裝置，在發(fā)射和接收系統(tǒng)中作為功率放大器、開關(guān)放大器的輸入和輸出模塊以及在測量系統(tǒng)中起去耦作用。隨著現(xiàn)代移動通信的高速發(fā)展，微波鐵氧體環(huán)行器將擁有更廣闊的應(yīng)用前景，但對器件小型化與集成化的要求也變得越來越重要。傳統(tǒng)的波導(dǎo)結(jié)環(huán)行器雖然發(fā)展成熟，但存在著體積較大，不利于一體化集成等劣勢，因此從應(yīng)用和發(fā)展層面上看，設(shè)計(jì)易于集成的小型化環(huán)行器是十分有必要的?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)是近幾年提出的一種平面導(dǎo)波技術(shù)，其不僅有傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)的性能，更重要的是它具有體積小與集成度高等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于濾波器、功分器等器件的設(shè)計(jì)中，但對于微波鐵氧體器件卻應(yīng)用較少。將基片集成波導(dǎo)理論應(yīng)用于環(huán)行器的設(shè)計(jì)，可以解決傳統(tǒng)波導(dǎo)環(huán)行器尺寸大，不利于集成等問題。中國專利200620074755. 7公開了一種小型化襯底集成波導(dǎo)鐵氧體結(jié)環(huán)形器，可以作為本發(fā)明的參考背景技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種集合了矩形波導(dǎo)與微帶電路優(yōu)點(diǎn)為一體的小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，在具備較好性能的同時，具有更小的體積和重量，更高的集成度。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，在雙面覆有金屬層的介質(zhì)基板上，設(shè)置有環(huán)形器中心結(jié)部分和位于輸出端口的微帶轉(zhuǎn)換連接部分，所述中心結(jié)部分包括三個互成120°角的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及中心鐵氧體柱，微帶轉(zhuǎn)換連接部分包括設(shè)置于第一端口的線性漸變微帶線和沿軸對稱設(shè)置于第二端口和第三端口的兩個復(fù)合漸變微帶線，線性漸變微帶線設(shè)置于對稱軸上，復(fù)合漸變微帶線包括圓弧漸變部分和線性漸變部分，中心結(jié)部分通過線性漸變微帶線和復(fù)合漸變微帶線分別連接到50 歐姆微帶線接口，兩個復(fù)合漸變微帶線位于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)。在基板上設(shè)置由金屬化通孔形成的三個基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。通孔直徑為0. 8mm,相鄰兩金屬通孔的間距為1. 2mm,中心結(jié)放置有鐵氧體圓柱，鐵氧體圓柱的半徑為1. 5mm，高度與基板等高，相對介電常數(shù)為14. 5，飽和磁化強(qiáng)度為4000高斯。與復(fù)合漸變微帶線連接的50歐姆微帶線端口方向垂直于器件的外沿。本發(fā)明的有益效果是，與傳統(tǒng)的環(huán)行器相比，所設(shè)計(jì)的小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器具有波導(dǎo)及微帶電路的雙重優(yōu)點(diǎn)。其具有高Q值、體積小、重量輕等優(yōu)勢。與微帶線轉(zhuǎn)換連接部分可以在雙面覆銅基板的上層刻蝕出，從而提高了器件本身的一體化。兩個端口處采用內(nèi)嵌型線性與圓弧相結(jié)合的復(fù)合漸變微帶，在縮小了器件橫向尺寸的同時，也有利于匹配。同時由于三個50歐姆微帶線端口都與器件外壁垂直，使整個器件更利于集成。本發(fā)明的環(huán)行器的制作工藝簡單，易于批量生產(chǎn)和加工。本發(fā)明通過采用新型匹配模式及優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取，進(jìn)一步縮小了環(huán)行器的體積，更好的實(shí)現(xiàn)了器件的小型化與集成化。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。圖2是本發(fā)明的立體狀態(tài)示意圖。圖3是本發(fā)明的中心結(jié)部分示意圖。圖4是本發(fā)明的線性漸變部分示意圖。圖5是本發(fā)明的復(fù)合漸變部分示意圖。圖6是本發(fā)明的產(chǎn)品照片。圖中標(biāo)號1 3分別為3個端口，4通孔，5中心鐵氧體圓柱，6、7、8為三個波導(dǎo)， 9線性漸變微帶線，1050歐姆微帶線端口，20線性漸變微帶線，21復(fù)合漸變微帶線，2101復(fù)合漸變微帶線的圓弧部分，2102復(fù)合漸變微帶線的線性部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中，金屬化通孔形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，兩個復(fù)合漸變微帶線設(shè)置于波導(dǎo)內(nèi)，增強(qiáng)了器件的匹配性能，并且有利于器件整體的微型化和集成化。本發(fā)明包括環(huán)行器中心結(jié)部分(圖3所示)及微帶轉(zhuǎn)換連接部分(圖4、5所示)。 整個環(huán)行器的基板為雙面覆銅高頻介質(zhì)板Taconic CER-10，相對介電常數(shù)為10，損耗角正切為 0. 00；35，厚度為 0. 762mm。圖3為環(huán)行器中心結(jié)部分，其由三個互成120°角的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(6 8) 及中心鐵氧體圓柱(5)構(gòu)成。三個基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)通過在介質(zhì)板上開金屬化通孔(4)實(shí)現(xiàn)，金屬通孔直徑為0. 8mm，相鄰兩金屬通孔的間距為1. 2mm(兩個通孔的圓心的距離)，而基片集成波導(dǎo)的寬度根據(jù)基模的截止頻率可定為6mm。中心放置的鐵氧體圓柱( 半徑為 1. 5mm，高度與基板等高，相對介電常數(shù)為14. 5，飽和磁化強(qiáng)度為4000高斯。圖4為環(huán)行器第一端口(1)與微帶轉(zhuǎn)換連接部分，根據(jù)基片集成波導(dǎo)端的寬度與高度可計(jì)算其等效阻抗，從而采用線性漸變微帶線(9)的模式實(shí)現(xiàn)基片集成波導(dǎo)的第一端口(1)與50歐姆微帶線(10)的轉(zhuǎn)換連接。圖5為環(huán)行器的第二端口( 和第三端口( 與微帶轉(zhuǎn)換連接部分，其實(shí)現(xiàn)理論與第一端口相似，且第二、第三端口結(jié)構(gòu)對稱。不同之處在于為了利于器件的集成，將輸出 50歐姆微帶線(10)與第一端口垂直，但直接連接微帶線會存在較大的不連續(xù)性，影響性能，因此采用內(nèi)嵌型圓弧與線性相結(jié)合的模式來進(jìn)行匹配連接。參見圖4、5的微帶過渡模型，利用等效阻抗法計(jì)算出漸變微帶線的寬度和長度， 并通過刻蝕介質(zhì)板上層覆蓋金屬銅，可獲得所需微帶電路。本發(fā)明所得的基片集成波導(dǎo)環(huán)行器的最終尺寸為IlmmXllmmXO. 762mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)波導(dǎo)環(huán)行器，且在12GHz_16GHz頻段內(nèi)，端口回波損耗及隔離度均優(yōu)于20dB，最大隔離度為48. 6dB,插損小于0. 6dB,具有較好的性能。
權(quán)利要求
1.小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，在雙面覆有金屬層的介質(zhì)基板上，設(shè)置有環(huán)形器中心結(jié)部分( 和位于輸出端口的微帶轉(zhuǎn)換連接部分，所述中心結(jié)部分( 包括三個互成120° 角的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及中心鐵氧體柱，其特征在于，微帶轉(zhuǎn)換連接部分包括設(shè)置于第一端口(1)的線性漸變微帶線00)和沿軸對稱設(shè)置于第二端口(2)和第三端口(3)的兩個復(fù)合漸變微帶線(21)，線性漸變微帶線00)設(shè)置于對稱軸上，復(fù)合漸變微帶線包括圓弧漸變部分O101)和線性漸變部分(2102)，中心結(jié)部分通過線性漸變微帶線OO)和復(fù)合漸變微帶線分別連接到50歐姆微帶線接口(10)，兩個復(fù)合漸變微帶線位于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，在基板上設(shè)置由金屬化通孔形成的三個基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，通孔直徑為0.8mm, 相鄰兩金屬通孔的間距為1.2mm，中心結(jié)放置有鐵氧體圓柱(5)，鐵氧體圓柱的半徑為 1. 5mm，高度與基板等高，相對介電常數(shù)為14. 5，飽和磁化強(qiáng)度為4000高斯。
4.如權(quán)利要求2所述的小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，其特征在于，與復(fù)合漸變微帶線連接的50歐姆微帶線端口方向垂直于器件的外沿。
全文摘要
小型化基片集成波導(dǎo)環(huán)行器，涉及微波技術(shù)。本發(fā)明在雙面覆有金屬層的介質(zhì)基板上，設(shè)置有環(huán)形器中心結(jié)部分和位于輸出端口的微帶轉(zhuǎn)換連接部分，所述中心結(jié)部分包括三個互成120°角的基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及中心鐵氧體柱，微帶轉(zhuǎn)換連接部分包括設(shè)置于第一端口的線性漸變微帶線和沿軸對稱設(shè)置于第二端口和第三端口的兩個復(fù)合漸變微帶線，線性漸變微帶線設(shè)置于對稱軸上，復(fù)合漸變微帶線包括圓弧漸變部分和線性漸變部分，中心結(jié)部分通過線性漸變微帶線和復(fù)合漸變微帶線分別連接到50歐姆微帶線接口，兩個復(fù)合漸變微帶線位于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)。在具備較好性能的同時，具有更小的體積和重量，更高的集成度。
文檔編號H01P1/387GK102377004SQ201110301619
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉松林, 汪曉光, 汪蔚, 鄧龍江, 陳良 申請人:電子科技大學(xué)