專利名稱：一種ltcc疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器。
背景技術(shù)：
鐵氧體環(huán)行器是一種多端口的微波無源器件，電磁波在其內(nèi)按照一定的環(huán)行方向傳輸，反方向則隔離，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、遙測(cè)遙控、微波測(cè)量和微波通信等領(lǐng)域。 隨著微波系統(tǒng)向小型化和高集成度方向發(fā)展，微帶鐵氧體環(huán)行器由于具有小型化、輕量化、 生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、可靠性高及性能好等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前微波環(huán)行器的研究熱點(diǎn)。目前，微帶鐵氧體環(huán)行器主要為嵌入式結(jié)構(gòu)和全磁基片式結(jié)構(gòu)。嵌入式微帶鐵氧體環(huán)行器采用陶瓷類電介質(zhì)材料作為基片，在基片中開設(shè)圓孔，并在該孔內(nèi)嵌入與孔徑和厚度相同的微波鐵氧體基片；環(huán)行器的中心結(jié)位于鐵氧體基片上，而與之耦合和匹配的微帶線則主要位于陶瓷基片上。這類環(huán)行器具有明顯的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，難以與其它微波器件進(jìn)行集成。在全磁基片式結(jié)構(gòu)當(dāng)中，環(huán)行器的中心結(jié)和微帶線都位于同一微波鐵氧體基片上，在阻抗匹配的設(shè)計(jì)上缺乏靈活性。近年來，LTCC技術(shù)的迅速發(fā)展為開發(fā)新型微波無源器件提供了強(qiáng)大動(dòng)力。LTCC是一種先進(jìn)的多層陶瓷技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高密度多層布線和無源元件的基片集成，在設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性。采用LTCC技術(shù)有望突破現(xiàn)有微帶鐵氧體環(huán)行器的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)缺點(diǎn)， 獲得具有三維結(jié)構(gòu)的疊層式微帶鐵氧體環(huán)行器，實(shí)現(xiàn)環(huán)行器與LTCC技術(shù)和組件的兼容，為基于LTCC技術(shù)的高頻化系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)提供良好基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在確保微帶鐵氧體環(huán)行器的性能和可靠性的基礎(chǔ)上，提供一種基于LTCC技術(shù)的疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，突破現(xiàn)有微帶鐵氧體環(huán)行器的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與LTCC技術(shù)和組件的兼容。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，如圖1 至圖4所示，包括金屬接地層1、LTCC鐵氧體層2、第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3、第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層4、中心結(jié)5、第一微帶電路6、金屬填孔7、第二微帶電路8。第一微帶電路6包括三個(gè)互成120°夾角的矩形微帶分支，與圓形中心結(jié)5都位于LTCC鐵氧體層2的上表面，并形成連接。第二微帶電路8包括三個(gè)矩形微帶分支，分布于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3的上表面。金屬填孔7穿過第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3將位于不同基片材料上的第一微帶電路(6) 和第二微帶電路(8)連接起來，形成三維的疊層結(jié)構(gòu)。第二微帶電路8的三個(gè)矩形微帶分支可以分別與三個(gè)外接端口連接進(jìn)行饋電。上述方案中，所述金屬接地層1、中心結(jié)5、第一微帶電路6、金屬填孔7及第二微帶電路8采用金(Au)、銀(Ag)或銀鈀(AgPd)合金等具有高電導(dǎo)率的金屬材料，各部分的尺寸由該環(huán)行器的性能及尺寸要求決定。上述方案中，所述LTCC鐵氧體層2采用自偏置微波鐵氧體材料；第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3和第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層4采用三氧化二鋁陶瓷材料，其相對(duì)介電常數(shù)范圍在2 20 之間。上述方案中，所述LTCC鐵氧體層2和第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3的性能由環(huán)行器的性能及尺寸要求決定。本發(fā)明與現(xiàn)有微帶鐵氧體環(huán)行器相比，采用了 LTCC鐵氧體和LTCC陶瓷作為基片材料，與現(xiàn)有LTCC工藝技術(shù)兼容；改變LTCC鐵氧體和LTCC陶瓷材料的電磁性能以及微帶尺寸可以方便地對(duì)器件特性進(jìn)行調(diào)節(jié)；由于采用了三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，微帶電路分布在不同類型的基片材料上，在設(shè)計(jì)上具有更大的靈活性；適合與其它LTCC微波器件進(jìn)行一體化集成，有助于LTCC組件和模塊的開發(fā)。


圖1是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的前視圖。圖3是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的左視圖。圖4是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的俯視圖。圖5是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的幅頻特性仿真結(jié)果。圖6是本發(fā)明所述LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的駐波比與工作頻率之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和一種實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此。如圖5和圖6所示，本發(fā)明的實(shí)施方式提供LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器的工作中心頻率為3. 0GHz，帶寬達(dá)到200MHz以上，中心頻率處的反射和隔離度優(yōu)于35dB，插入損耗低于0. 5dB,駐波比小于1. 1。該環(huán)行器采用目前已成熟的LTCC工藝技術(shù)進(jìn)行制作。本發(fā)明提供的一種LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器如圖1至圖4所示。LTCC鐵氧體層2 該層采用10張長度為18. 0mm，寬度為16. 0mm，厚度為70 μ m，相對(duì)介電常數(shù)為13. 5，飽和磁化強(qiáng)度為79. 6kA/m的LTCC鋇鐵氧體流延膜片疊片而成。鐵氧體層的下表面采用銀漿印刷金屬接地層1，厚度為100 μ m。鐵氧體層的上表面采用銀漿印刷中心結(jié)5和第一微帶電路6，中心結(jié)的半徑為3. Omm,厚度為10 μ m ；第一微帶電路的三個(gè)矩形微帶分支尺寸相同，長度和寬度分別為5. Omm和2. 4mm，厚度與金屬中心結(jié)保持一致， 即為10 μ m ；三個(gè)微帶分支與中心結(jié)相交連接，以其圓心為對(duì)稱點(diǎn)相互形成120°夾角。第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3 該層位于LTCC鐵氧體層2的上面，采用8張長度為 18. Omm,寬度為16. 0mm，厚度為100 μ m，相對(duì)介電常數(shù)為7. 8，損耗角正切值為0. 006的 LTCC三氧化二鋁流延膜片疊片而成。在這層陶瓷介質(zhì)的適當(dāng)位置處進(jìn)行激光打孔制作三個(gè)圓形通孔，并采用銀漿進(jìn)行填孔以制作金屬填孔7，其半徑為0. 5mm,高度為0. 8mm ；在該層陶瓷介質(zhì)上表面的適當(dāng)位置處，采用銀漿印刷第二微帶電路8，其三個(gè)矩形微帶分支尺寸相同，長度和寬度分別為7. 9mm和1. 7mm，厚度為10 μ m ；第二微帶電路8和第一微帶電路6 通過金屬填孔7進(jìn)行連接，從而可以分別與外界三個(gè)微波端口連接進(jìn)行饋電。第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層4 該層位于第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層3的上面，采用2張長度CN 102544663 A
為18. 0mm，寬度為16. 0mm，厚度為100 μ m，相對(duì)介電常數(shù)為7. 8，損耗角正切值為0. 006的 LTCC三氧化二鋁流延膜片疊片而成，具有保護(hù)內(nèi)層微帶電路的作用。上述各部分的尺寸和材料的性能參數(shù)通過導(dǎo)納斜率法進(jìn)行計(jì)算獲得初值，然后采用三維電磁仿真軟件HFSS建立器件模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后獲得最終值。優(yōu)化后獲得器件的反射S11、隔離度S21、插入損耗S31及駐波比VSWR與工作頻率之間的關(guān)系如圖5和圖6所示。上述各部分的尺寸和材料的性能參數(shù)通過導(dǎo)納斜率法進(jìn)行計(jì)算獲得初值，然后采用三維電磁仿真軟件HFSS建立器件模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后獲得最終值。優(yōu)化后獲得器件的反射S11、隔離度S21、插入損耗S31及駐波比VSWR與工作頻率之間的關(guān)系如圖5和圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，包括金屬接地層(1)、LTCC鐵氧體層O)、第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層(3)、第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層0)、中心結(jié)(5)、第一微帶電路(6)、金屬填孔 (7)、第二微帶電路(8)；金屬接地層(1)位于LTCC鐵氧體層O)的下表面；中心結(jié)(5)與第一微帶電路(6)都位于LTCC鐵氧體層O)的上表面；第二微帶電路(8)位于第一 LTCC 陶瓷介質(zhì)層C3)的上表面，可以分別與三個(gè)外接端口連接進(jìn)行饋電；金屬填孔(7)穿過第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層C3)將位于不同基片材料上的第一微帶電路(6)和第二微帶電路(8)連接起來，形成三維的疊層結(jié)構(gòu)；第二 LTCC陶瓷介質(zhì)層(4)在第一 LTCC陶瓷介質(zhì)層C3)及第二微帶電路(8)的上面，具有保護(hù)內(nèi)層電路的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，其特征在于，所述第一微帶電路(6)包括三個(gè)互成120°夾角的矩形微帶分支，分別與圓形中心結(jié)( 形成連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，其特征在于，所述第二微帶電路(8)包括三個(gè)矩形微帶分支，分別通孔三個(gè)圓形金屬填孔(7)與第一微帶電路(6)的三個(gè)矩形微帶分支進(jìn)行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，其特征在于，所述LTCC鐵氧體層( 采用自偏置微波鐵氧體材料，其性能由環(huán)行器的性能及尺寸要求確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，其特征在于，所述第一LTCC陶瓷介質(zhì)層( 采用三氧化二鋁陶瓷材料，其相對(duì)介電常數(shù)范圍在2 20之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，其特征在于，所述金屬接地層 (1)、中心結(jié)( 、第一微帶電路(6)、金屬填孔(7)及第二微帶電路(8)的材料采用金、銀或銀鈀合金等具有高電導(dǎo)率的金屬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LTCC疊層微帶鐵氧體環(huán)行器，屬于微波技術(shù)中的微帶鐵氧體環(huán)行器領(lǐng)域。該環(huán)行器包括金屬接地層、LTCC鐵氧體層、第一LTCC陶瓷介質(zhì)層、第二LTCC陶瓷介質(zhì)層、中心結(jié)、第一微帶電路、金屬填孔及第二微帶電路。第一微帶電路與中心結(jié)位于LTCC鐵氧體層的上表面，并形成連接；第二微帶電路位于第一LTCC陶瓷介質(zhì)層的上表面，可與三個(gè)外接端口連接進(jìn)行饋電；金屬填孔穿過第一LTCC陶瓷介質(zhì)層將第一微帶電路和第二微帶電路連接起來，形成三維疊層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，微帶電路分布在不同類型的基片材料上，突破了現(xiàn)有微帶鐵氧體環(huán)行器的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了與LTCC技術(shù)和組件的兼容。
文檔編號(hào)H01P1/387GK102544663SQ20121000962
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者彭龍, 朱興華 申請(qǐng)人:彭龍