一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器。本發(fā)明方法在落入式微帶結(jié)型隔離器基礎(chǔ)上，從鐵氧體樣品中延伸出三個(gè)鐵氧體臂，鐵氧體臂上覆上小“Y型”開路微帶線。小“Y”型開路線實(shí)質(zhì)上是通過(guò)三根開路線把中心結(jié)端口阻抗部分的電抗抵消掉，使得中心結(jié)等效阻抗中只剩下電阻的部分，利于寬帶范圍內(nèi)匹配，拓展了可集成落入式隔離器的工作帶寬。
【專利說(shuō)明】一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻電路通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波鐵氧體隔離器是一種具有微波單向傳輸特性的無(wú)源器件，在各種無(wú)源、有源微波電路模塊、分機(jī)、整機(jī)中得到應(yīng)用，起到級(jí)間隔離、防止竄擾、阻抗匹配、去耦等作用。如:在放大鏈模塊前端加微波鐵氧體隔離器可以降低模塊的噪聲；在功率放大器末端加微波鐵氧體隔離器防止模塊燒毀；在功分器、耦合器電路中加微波鐵氧體隔離器起去耦作用，可以防止信號(hào)竄擾等。近些年來(lái)，隨著微波毫米波集成電路的發(fā)展，對(duì)鐵氧體器件的要求逐漸轉(zhuǎn)向易于與集成電路相連接的小型化，集成化，寬帶化方向。目前，能滿足集成化要求的鐵氧體環(huán)行器或隔離器有下面幾種結(jié)構(gòu)形式:全磁式、鑲嵌式、全磁式、重疊式和落入式(Drop in)。前三種結(jié)構(gòu)形式的器件，中心結(jié)是由很薄的鐵氧體樣品組成，所以在高度方向上的退磁因子很大，對(duì)外加恒偏磁場(chǎng)的要求也就比較高，這就給外磁路的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。而落入式的結(jié)構(gòu)形式正好可以解決這個(gè)困難，它通過(guò)增加中心結(jié)的高度，使得所需的外加恒偏磁場(chǎng)大為減小，因此這種結(jié)構(gòu)形式特別適用于研制毫米波集成化鐵氧體環(huán)行器或隔離器。但早前報(bào)道的常規(guī)落入式環(huán)行器的性能并不好，其頻帶不寬，隔離度也較低，仍然具有很多問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器。
[0004]本發(fā)明一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，包括微波電路介質(zhì)基板、永磁體、絕緣層、吸收負(fù)載、鐵氧體樣品以及鐵氧體上的微帶線。
[0005]所述的鐵氧體樣品由一體成型的中心結(jié)、三個(gè)鐵氧體臂以及三個(gè)鐵氧體斜坡組成；所述的中心結(jié)為圓柱形結(jié)構(gòu)；三個(gè)鐵氧體臂為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，均勻分布在中心結(jié)外側(cè)并與中心結(jié)的圓柱形的外側(cè)面相貫，呈小“Y”型結(jié)構(gòu)；三個(gè)鐵氧體斜坡為一個(gè)橫向放置的三棱柱結(jié)構(gòu)，分別均勻分布在三個(gè)鐵氧體臂之間，并與中心結(jié)的圓柱形的外側(cè)面相貫，呈大“Y”型結(jié)構(gòu)。帶兩個(gè)“Y”型的結(jié)構(gòu)，稱之為“雙Y結(jié)”其中大“Y”型結(jié)構(gòu)中鐵氧體斜坡的上表面長(zhǎng)和寬分別大于小“Y”型結(jié)構(gòu)鐵氧體臂的上表面長(zhǎng)和寬；
[0006]鐵氧體樣品粘合在微波電路介質(zhì)基板上；接著在微波電路介質(zhì)基板的背面依次粘合上絕緣層和永磁體，絕緣層及永磁體的半徑與中心結(jié)半徑相同，接著在鐵氧體樣品上表面覆上微帶線，吸收負(fù)載貼在其中一個(gè)鐵氧體斜上的末端微帶線上。
[0007]所述的鐵氧體樣品材料為YIG旋磁材料；
[0008]所述的鐵氧體斜坡的坡度為30° ;
[0009]所述的吸收負(fù)載為薄膜吸收負(fù)載；
[0010]所述的絕緣層材料為聚四氟乙烯；
[0011]所述的微帶線材料為銅。[0012]本發(fā)明將“雙Y結(jié)”結(jié)構(gòu)應(yīng)用在落入式微帶隔離器中，本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于對(duì)落入式微帶隔離器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
[0013]有益效果:本發(fā)明在中心結(jié)外加入小的“Y”型開路線，抵消中心結(jié)電抗部分，只留下電阻部分，再利用大的“Y”型微帶線進(jìn)行阻抗變換，使得微帶隔離器件可以工作在更寬工作頻段的微波射頻集成電路中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為中心結(jié)加上Y型開路線的等效電路圖；
[0015]圖2為隔離器的俯視圖以及平視圖；
[0016]圖3為隔離器的立體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖2、圖3所示:本發(fā)明一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，包括微波電路介質(zhì)基板、永磁體、絕緣層、吸收負(fù)載、鐵氧體樣品以及鐵氧體上的微帶線。
[0018]首先燒制鐵氧體樣品，鐵氧體樣品由一體成型的中心結(jié)、三個(gè)鐵氧體臂以及三個(gè)鐵氧體斜坡成；所述的中心結(jié)為圓柱形結(jié)構(gòu)，三個(gè)鐵氧體臂均勻分布在中心結(jié)外側(cè)，三個(gè)鐵氧體斜坡分別均勻分布在三個(gè)鐵氧體臂之間。
[0019]鐵氧體樣品粘合在微波電路介質(zhì)基板上；接著在微波電路介質(zhì)基板的背面依次粘合上絕緣層和永磁體，絕緣層及永磁體的半徑需與中心結(jié)半徑相同，接著在鐵氧體樣品上表面覆上微帶線，在鐵氧體臂上的微帶線即為并聯(lián)在中心結(jié)上的開路線，在鐵氧體斜坡上的微帶線用來(lái)匹配中心結(jié)阻抗與外部電路輸入輸出阻抗，吸收負(fù)載貼在第三端鐵氧體斜坡末端。
[0020]所述的鐵氧體材料為YIG旋磁材料；
[0021]所述的鐵氧體樣品斜坡的坡度為30° ;
[0022]所述的吸收負(fù)載為薄膜吸收負(fù)載；
[0023]所述的絕緣層材料為聚四氟乙烯；
[0024]所述的微帶線材料為銅。
[0025]隔離器主要工作區(qū)域?yàn)橹行慕Y(jié)部分，在中心結(jié)區(qū)域，通過(guò)調(diào)整中心結(jié)的尺寸及厚度，使鐵氧體在外加恒磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了非互易效應(yīng)，即環(huán)形效果，這就是環(huán)形器的第一環(huán)形條件；中心結(jié)等效為一個(gè)諧振器，其等效阻抗通常不與外部接口阻抗匹配，通常使用夾角為120°的成“Y型”的三段4/λ波長(zhǎng)微帶線把中心結(jié)等效阻抗匹配到與之相連的50 Ω微帶線上，這種方法能有效的提高隔離器的性能并拓展了帶寬，被稱為結(jié)外加抗技術(shù)，這也是環(huán)形器能夠工作的第二環(huán)形條件。由第二環(huán)形條件得知，若是能夠采用寬帶匹配技術(shù)使得中心結(jié)等效阻抗與50歐姆微帶線匹配，就可以實(shí)現(xiàn)寬帶隔離器。常規(guī)的寬帶匹配技術(shù)如多節(jié)4/ λ波長(zhǎng)或其他長(zhǎng)度微帶線雖能夠有效的拓展帶寬但會(huì)導(dǎo)致尺寸增大，而且僅僅依靠多節(jié)阻抗變換無(wú)法達(dá)到倍頻甚至是超倍頻的帶寬。
[0026]設(shè)計(jì)寬帶隔離器的方法，除了采用多節(jié)阻抗變換等的結(jié)外加抗技術(shù)以外，有結(jié)內(nèi)加抗技術(shù)。本發(fā)明主要將結(jié)內(nèi)加抗技術(shù)應(yīng)用于落入式結(jié)構(gòu)隔離器中。雙Y結(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)合了結(jié)外和結(jié)內(nèi)加抗技術(shù)，將帶寬進(jìn)一步拓展。在大的“Y型”結(jié)的三段阻抗變換線反面加上三個(gè)開路線，雙Y結(jié)微帶環(huán)行器主要采用結(jié)內(nèi)加抗技術(shù)，中心結(jié)與小Y型開路線等效并聯(lián)，等效電路見圖1。中心結(jié)等效電路導(dǎo)納為:Gj = Gr+joQ+l/jcoI^，小Y結(jié)開路線等效導(dǎo)納為Gy=j ω C2+l/j ω L2,等效的輸入導(dǎo)納 G1 等于 Gj 與 Gy 之和，即=G1=G^j ω Q+1/j ω L^j ω C2+1/j ω L2=GJj ω (CAC2-1zI1-1zI2)，通過(guò)調(diào)節(jié)開路線的尺寸呢，使得 j ω ((^+C2-1zl1-1zl2)項(xiàng)等于0，即三根開路線把端口阻抗部分的電抗抵消掉，阻抗中只剩下電阻的部分，為外部匹配帶來(lái)了很大的方便。提出了一種應(yīng)用在落入式微帶結(jié)型隔離器的雙Y結(jié)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)調(diào)節(jié)大小Y結(jié)的尺寸，調(diào)整中心結(jié)尺寸及厚度，在帶寬內(nèi)將中心結(jié)等效阻抗匹配到50 Ω上。這從理論上支持了拓展落入式微帶結(jié)型隔離器帶寬的方法。小Y結(jié)實(shí)質(zhì)上是通過(guò)三根開路線把中心結(jié)端口阻抗部分的電抗抵消掉，使得中心結(jié)等效阻抗中只剩下電阻的部分，利于寬帶范圍內(nèi)匹配。而大Y結(jié)的I端口和2端口采用多節(jié)阻抗變換后分別連接到輸入輸出，3端口接吸收負(fù)載，大Y結(jié)的多節(jié)阻抗段是淀積在鐵氧體樣品上的，而鐵氧體樣品具有較高的介電常數(shù)(通常在13.5以上)，這也有助于器件的小型化，利于集成。通過(guò)這種方式，使得隔離器方便跟 射頻電路集成，同時(shí)得到更寬的帶寬。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，包括微波電路介質(zhì)基板、永磁體、絕緣層、吸收負(fù)載、鐵氧體樣品以及鐵氧體上的微帶線； 所述的鐵氧體樣品由一體成型的中心結(jié)、三個(gè)鐵氧體臂以及三個(gè)鐵氧體斜坡組成；所述的中心結(jié)為圓柱形結(jié)構(gòu)；三個(gè)鐵氧體臂為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，均勻分布在中心結(jié)外側(cè)并與中心結(jié)的圓柱形的外側(cè)面相貫，呈小“Y”型結(jié)構(gòu)；三個(gè)鐵氧體斜坡為一個(gè)橫向放置的三棱柱結(jié)構(gòu)，分別均勻分布在三個(gè)鐵氧體臂之間，并與中心結(jié)的圓柱形的外側(cè)面相貫，呈大“Y”型結(jié)構(gòu)；帶兩個(gè)“Y”型的結(jié)構(gòu)，稱之為“雙Y結(jié)”其中大“Y”型結(jié)構(gòu)中鐵氧體斜坡的上表面長(zhǎng)和寬分別大于小“Y”型結(jié)構(gòu)鐵氧體臂的上表面長(zhǎng)和寬； 鐵氧體樣品粘合在微波電路介質(zhì)基板上；接著在微波電路介質(zhì)基板的背面依次粘合上絕緣層和永磁體，絕緣層及永磁體的半徑與中心結(jié)半徑相同，接著在鐵氧體樣品上表面覆上微帶線，吸收負(fù)載貼在其中一個(gè)鐵氧體斜上的末端微帶線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，其特征在于:所述的鐵氧體樣品材料為YIG旋磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，其特征在于:所述的鐵氧體斜坡的坡度為30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，其特征在于:所述的吸收負(fù)載為薄膜吸收負(fù)載； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，其特征在于:所述的絕緣層材料為聚四氟乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶落入式微帶鐵氧體隔離器，其特征在于:所述的微帶線材料為銅。
【文檔編號(hào)】H01P1/365GK103762406SQ201410006154
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】程知群, 欒雅, 賈民仕, 連心想 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)