基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種容差好、寬帶寬、隔離度較高的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有第一金屬覆銅層，下表面設(shè)置有第二金屬覆銅層，所述介質(zhì)基板上設(shè)置有兩排互相平行的金屬化通孔，所述第一金屬覆銅層上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔，在第一鐵氧體安裝孔內(nèi)安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層。采用外層加載來(lái)取代傳統(tǒng)的內(nèi)鑲嵌，更易加工，對(duì)鐵氧體塊的寬度要求不高，容差好，同時(shí)鐵氧體塊與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強(qiáng)；在同樣長(zhǎng)度下本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)帶寬遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)帶寬，且隔離度更高，適合在鐵氧體開(kāi)關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】推廣應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵氧體開(kāi)關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]2000年，研究人員提出了基于普通印制電路板(PCB)工藝的基片集成電路的概念，其中最受關(guān)注的技術(shù)是基片集成波導(dǎo)。近兩年，在對(duì)基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳輸特性充分研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多種基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的鐵氧體磁控器件，包括開(kāi)關(guān)，極大地推進(jìn)了基片集成波導(dǎo)技術(shù)的新發(fā)展。目前，寬頻帶和小型化是基片集成波導(dǎo)磁控開(kāi)關(guān)的主要發(fā)展方向。
[0003]傳統(tǒng)的鐵氧體開(kāi)關(guān)把鐵氧體嵌進(jìn)波導(dǎo)中，緊貼波導(dǎo)E面內(nèi)壁放置，側(cè)面高度與E面內(nèi)壁相等。利用鐵氧體材料的磁各向異性，通過(guò)調(diào)整偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變矩形波導(dǎo)的截止頻率，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)通、斷。但此類(lèi)型開(kāi)關(guān)存在如下問(wèn)題:1)通過(guò)不同磁偏來(lái)改變波導(dǎo)的截止頻率，要保證開(kāi)關(guān)工作于鐵氧體旋磁共振點(diǎn)以下，其可變范圍有限，造成開(kāi)關(guān)帶寬較窄；
2)一定磁偏下，鐵氧體磁導(dǎo)率隨頻率升高，其變化逐漸減小，造成開(kāi)關(guān)高頻工作帶寬更窄；
3)需要較薄的鐵氧體塊，而較薄的鐵氧體塊在加上磁偏后對(duì)波導(dǎo)的截止頻率改變能力較弱，因此在獲得相同的帶寬時(shí)其長(zhǎng)度需要增加，致使整個(gè)開(kāi)關(guān)體積較大；4)與平面電路集成困難，加工復(fù)雜，成本高昂。
[0004]為了提高電路的集成度、降低加工成本，研究人員提出采用基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)。但是，基片集成波導(dǎo)開(kāi)關(guān)采用與傳統(tǒng)波導(dǎo)開(kāi)關(guān)相同的結(jié)構(gòu)形式，將鐵氧體片嵌進(jìn)介質(zhì)中與基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相連。其工作原理與波導(dǎo)類(lèi)結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，即利用鐵氧體材料的磁各向異性，通過(guò)調(diào)整偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變矩形波導(dǎo)的截止頻率，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)通、斷。由于具有相似的工作原理，此類(lèi)基片集成波導(dǎo)開(kāi)關(guān)存在與波導(dǎo)開(kāi)關(guān)類(lèi)似的缺點(diǎn)。同時(shí)，由于基片集成波導(dǎo)是介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)，在此開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)介質(zhì)基片挖矩形長(zhǎng)槽便于鐵氧體片的放置，其工藝成熟度低，加工難度大，在高頻時(shí)應(yīng)用困難。此外，鐵氧體片放置于基片集成波導(dǎo)內(nèi)部，在大功率應(yīng)用時(shí)散熱不宜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種容差好、寬帶寬、隔離度較高的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)置有第一金屬覆銅層，介質(zhì)基板的下表面設(shè)置有第二金屬覆銅層，所述介質(zhì)基板上設(shè)置有兩排互相平行的金屬化通孔并且所述金屬化通孔貫穿第一金屬覆銅層、介質(zhì)基板、第二金屬覆銅層形成基片集成波導(dǎo)，所述第一金屬覆銅層上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔，并且所述第一鐵氧體安裝孔位于兩排金屬化通孔之間，在第一鐵氧體安裝孔內(nèi)安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層。
[0007]進(jìn)一步的是，所述第二金屬覆銅層上開(kāi)有至少一個(gè)第二鐵氧體安裝孔，并且所述第二鐵氧體安裝孔位于兩排金屬化通孔之間，在第二鐵氧體安裝孔內(nèi)安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層。
[0008]進(jìn)一步的是，所述第一鐵氧體安裝孔的位置與第二鐵氧體安裝孔的位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
[0009]進(jìn)一步的是，所述鐵氧體塊的厚度小于或等于基片集成波導(dǎo)寬度的十分之一，所述鐵氧體塊的厚度的H1與基片集成波導(dǎo)的高度H2滿(mǎn)足如下關(guān)系其中S1為介
質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)，ε 2為鐵氧體塊的相對(duì)介電常數(shù)。
[0010]進(jìn)一步的是，所述鐵氧體塊的橫截面為矩形或菱形。
[0011]本發(fā)明的有益效果:通過(guò)在第一金屬覆銅層上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔，并且所述第一鐵氧體安裝孔位于兩排金屬化通孔之間，在第一鐵氧體安裝孔內(nèi)安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層，由于本發(fā)明采用外層加載來(lái)取代傳統(tǒng)的內(nèi)鑲嵌，更易加工，對(duì)鐵氧體塊的寬度要求不高，容差好，同時(shí)鐵氧體塊與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強(qiáng)；現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)利用鐵氧體改變截止頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)通、斷，本發(fā)明通過(guò)外加直流磁偏置，在鐵氧體塊中傳播的電磁波向鐵氧體塊邊緣集中，由于在鐵氧體塊的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層，因此金屬鍍層會(huì)形成短路邊界，此時(shí)電磁波將在短路邊緣處被吸收，從而形成邊導(dǎo)模效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的通、斷，在同樣長(zhǎng)度下本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)帶寬遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)帶寬，且隔離度更高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的截面示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的第一金屬覆銅層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中標(biāo)記說(shuō)明:介質(zhì)基板1、第一金屬覆銅層2、第二金屬覆銅層3、金屬化通孔4、第一鐵氧體安裝孔5、鐵氧體塊6、金屬鍍層7、第二鐵氧體安裝孔8。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]如圖1、2所示，該基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，包括介質(zhì)基板I，所述介質(zhì)基板I的上表面設(shè)置有第一金屬覆銅層2，介質(zhì)基板I的下表面設(shè)置有第二金屬覆銅層3，所述介質(zhì)基板I上設(shè)置有兩排互相平行的金屬化通孔4并且所述金屬化通孔4貫穿第一金屬覆銅層2、介質(zhì)基板1、第二金屬覆銅層3形成基片集成波導(dǎo)，所述第一金屬覆銅層2上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔5，并且所述第一鐵氧體安裝孔5位于兩排金屬化通孔4之間，在第一鐵氧體安裝孔5內(nèi)安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層7。通過(guò)在第一金屬覆銅層2上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔5，并且所述第一鐵氧體安裝孔5位于兩排金屬化通孔4之間，在第一鐵氧體安裝孔5內(nèi)安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層7，由于本發(fā)明采用外層加載來(lái)取代傳統(tǒng)的內(nèi)鑲嵌，更易加工，對(duì)鐵氧體塊6的寬度要求不高，容差好，同時(shí)鐵氧體塊6與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強(qiáng)；現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)利用鐵氧體改變截止頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)通、斷，本發(fā)明通過(guò)外加直流磁偏置，在鐵氧體塊6中傳播的電磁波向鐵氧體塊6邊緣集中，由于在鐵氧體塊6的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層7，因此金屬鍍層7會(huì)形成短路邊界，此時(shí)電磁波將在短路邊緣處被吸收，從而形成邊導(dǎo)模效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的通、斷，在同樣長(zhǎng)度下本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)帶寬遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)帶寬，且隔離度更高。另外，基片集成波導(dǎo)寬度應(yīng)接近于開(kāi)關(guān)帶寬中心頻率在鐵氧體塊6中工作波長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)節(jié)鐵氧體塊6長(zhǎng)度可以對(duì)插入損耗和回波損耗進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過(guò)調(diào)節(jié)鐵氧體塊6的厚度和長(zhǎng)度可以控制隔離度。
[0018]為了縮減基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的電路面積，所述第二金屬覆銅層3上開(kāi)有至少一個(gè)第二鐵氧體安裝孔8，并且所述第二鐵氧體安裝孔8位于兩排金屬化通孔4之間，在第二鐵氧體安裝孔8內(nèi)安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層7，這種結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)同樣帶寬的情況下，其基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)度會(huì)縮減一半，可以減小基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的體積，便于集成。進(jìn)一步的是，所述第一鐵氧體安裝孔5的位置與第二鐵氧體安裝孔8的位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
[0019]為了使基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的帶寬達(dá)到最大，所述鐵氧體塊6的厚度小于或等于基片集成波導(dǎo)寬度的十分之一，所述鐵氧體塊6的厚度的H1與基片集成波導(dǎo)的高度H2
滿(mǎn)足如下關(guān)系:其中ε I為介質(zhì)基板I的相對(duì)介電常數(shù)，ε 2為鐵氧體塊6的相
' 2 2，
對(duì)介電常數(shù)。
[0020]為了改善匹配特性， 所述鐵氧體塊6的橫截面可以是矩形、菱形、圓形等多種形狀，作為優(yōu)選的是:所述鐵氧體塊6的橫截面為矩形或菱形。
[0021]實(shí)施例
[0022]本實(shí)施例中基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的鐵氧體塊6的數(shù)量為兩個(gè)，均安裝在第一金屬覆銅層2上，第一金屬覆銅層2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，第一選用的介質(zhì)基板I介電常數(shù)為10.2，厚度為0.635mm,損耗角正切為0.0024 ;鐵氧體塊6采用的是HG-1850，相對(duì)介電常數(shù)14.5，3dB線寬200e，損耗角正切0.0002，飽和磁化強(qiáng)度1850Gs。基片集成波導(dǎo)寬度8mm，金屬通孔直徑0.6mm,通孔間距1.2mm,鐵氧體塊6厚0.8mm,長(zhǎng)度6mm,寬度7.4mm,兩塊鐵氧體塊6間距1mm，所加磁偏30100e。性能對(duì)比如下表所示:
[0023]尺寸帶內(nèi)SI〗插損dB
開(kāi)關(guān)種類(lèi)帶寬(GHz)/相對(duì)帶寬
(mm X mm)(dB)ON/OFF
波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān) 70x17.78.B-9.51 7.7%-16.40.4 / 60
一般基片集成波導(dǎo)
16x9,89,5-10/5.1%-101/20
開(kāi)關(guān)
本發(fā)明9.7-11.1/ 13.5%-150.8/30
[0024]從上表可以看出，本發(fā)明是所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)的帶寬遠(yuǎn)大于波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)和一般基片集成波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的帶寬。
【權(quán)利要求】
1.基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，包括介質(zhì)基板(1)，所述介質(zhì)基板(I)的上表面設(shè)置有第一金屬覆銅層(2 )，介質(zhì)基板(I)的下表面設(shè)置有第二金屬覆銅層(3 )，所述介質(zhì)基板(I)上設(shè)置有兩排互相平行的金屬化通孔(4)并且所述金屬化通孔(4)貫穿第一金屬覆銅層(2)、介質(zhì)基板(I)、第二金屬覆銅層(3)形成基片集成波導(dǎo)，其特征在于:所述第一金屬覆銅層(2)上開(kāi)有至少一個(gè)第一鐵氧體安裝孔(5)，并且所述第一鐵氧體安裝孔(5)位于兩排金屬化通孔(4)之間，在第一鐵氧體安裝孔(5)內(nèi)安裝有鐵氧體塊(6)，所述鐵氧體塊(6)的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述第二金屬覆銅層(3)上開(kāi)有至少一個(gè)第二鐵氧體安裝孔(8)，并且所述第二鐵氧體安裝孔(8)位于兩排金屬化通孔(4 )之間，在第二鐵氧體安裝孔(8 )內(nèi)安裝有鐵氧體塊(6 )，所述鐵氧體塊(6 )的上表面和側(cè)面均鍍有金屬鍍層(7)。
3.如權(quán)利要求2所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述第一鐵氧體安裝孔(5)的位置與第二鐵氧體安裝孔(8)的位置對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
4.如權(quán)利要求3所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述鐵氧體塊(6)的厚度小于或等于基片集成波導(dǎo)寬度的十分之一，所述鐵氧體塊(6)的厚度的H1與基片集成波導(dǎo)的高度H2滿(mǎn)足如下關(guān)系:其中ε i為介質(zhì)基板(I)的相對(duì)介電常數(shù)，ε 2為鐵氧體塊(6)的相對(duì)介電常數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的基片集成波導(dǎo)鐵氧體開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述鐵氧體塊(6)的橫截面為矩形或菱形。
【文檔編號(hào)】H01P1/11GK103594761SQ201310595609
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】程鈺間, 黃秋棟 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)