專利名稱：：多結帶線微波環行結隔離器的制作方法
技術領域：
：本發明涉及微波環行結隔離器，尤其涉及一種層疊連接的多結帶線微波環行結隔尚為o
背景技術：
：微波鐵氧體結型環行器作為一種通用的微波器件，用作環行器、隔離器或開關，其三端口微波鐵氧體環行器也稱為Y型結環行器，是一種最常見的結型環行器，具有三端口非互易特征，提供正向信號導通、反向信號隔離(阻斷)的功能。典型的單環行結隔離器包括一片微波帶狀線電路稱為中心導體，被夾在加有偏置磁場的鐵氧體材料中間以產生所需的非互易功能并使輸入信號環行，信號的環行方向順時針或逆時針導通和阻斷取決于產生偏磁的磁路系統。單結環行器，如圖la所示，環行器的隔離度直接與隔離端口的回損相關，傳統的三端結型環行器微帶電路的設計，利用每個端口1/4波長的阻抗變換線達到阻抗匹配，實現典型的20dB的回損。當用作隔離器時，結型環行器的第三端口，被連接入一個電阻負載，以抑制來自二端口的反射信號，如圖lb。因而，如前所述的環行器或隔離器，其帶線導體電路通常被設計成端口阻抗與傳輸線阻抗匹配或電阻負載匹配。隨著現代無線通信系統和子系統的發展，對輸入輸出信號之間的隔離度提出了更高的要求，單結環行器/隔離器隔離度的局限性日益凸顯。在許多射頻功率系統的應用中，如通信網絡設備的發射單元，_20dB的典型隔離度不足以滿足正向高頻功率信號與反射信號(反向信號)的隔離。典型單結環行器/隔離器的電器技術指標為插損-0.25dB，隔離度-20dB，回損-20dB，帶寬35X。因此，單結環行器/隔離器常采用有序串接的邊對邊或端對端的共面相聯結構形式，以達到較高的總體隔離度，其總體隔離度相當于每個單結環行器/隔離器的總和，圖2a所示的是眾所周知的兩個單結隔離器以串聯結構組成雙結隔離器，通常如圖2b所示，一個雙結隔離器20，其部件包括一個殼體42、帶有兩個并排相通的圓柱腔44、單個的帶狀線46采用串行連接的并列共面結構、鐵氧體元件14，由磁鐵16加上偏磁場，電氣接地由組裝其中的極片18提供。從圖2b可見，雙結隔離器在外形尺寸上至少雙倍于單結隔離器，安置在內的兩個邊對邊圓柱腔結構也增加了殼體結構復雜性。此外，對于雙結隔離器以帶狀線電路46聯接的各個圓柱腔中的鐵氧體元件14需要各自的磁鐵提供所需偏磁場，因而，如圖2b所示這樣一個傳統的雙結隔離器，必須在各個的圓柱腔中建立單獨的磁路系統為各自的鐵氧體元件提供所需的偏磁場，對于這樣一個雙節微波鐵氧體隔離器，每個單節仍是典型的-20dB隔離，但整個隔離器輸入輸出口的反向信號的隔離度現在就將有至少_40dB。取決于對隔離度的要求，兩個、三個或更多單結環行器/隔離器可有序串接在一起。然而，隨著串聯環行器/隔離器數目的增加，此類微波鐵氧體環行器/隔離器的外形尺寸、元器件數量總體重量和組裝的復雜性也上升，必然增加成本。目前，一個典型的雙結環行器/隔離器的成本至少是單結器件的2倍。此外，單結環行器/隔離器串接時，雖改進了隔離性能，但卻有增大器件插入損耗的不足。例如，與單結環行器/隔離器-0.25dB相比，雙結器件的典型插損為-0.5dB。因此，正向微波功率信號經過環行器/隔離器會有12%功率因素損耗，使總承受功率和輸出效率降低。產生插損的原因除了是環行器/隔離器信號通路的帶狀電路所致以外，另一個的主要插損是圓柱腔中的導體損耗。為了得到高隔離度的性能，采用串接的帶狀線電路。如圖2b，對于串接結構的傳統雙結環行器/隔離器件20，雙個圓柱腔44的空間用于組裝各個元件(帶狀線電路、鐵氧體元件、磁鐵、電氣接地片)，以適合雙結環行器/隔離器工作的需要，顯然導致了總插損的增加。通常所需殼體的外形和體積與成本是成正比的，眾所周知，按慣例，微波鐵氧體結型環行器/隔離器器件，其外形封裝對于總的成本總在20%50%，所以，小巧合理的外形封裝和體積，高隔離度性能將是追求的目標。專利號為5，347，241的美國專利(PANARETOSetnal)公開了一種基于背對背四端口微帶線的雙環行器，微帶線包含一個導電片，并由電介質基片提供單面接地，PANARETOS器件包含2個單結微帶環行器，底面不在同一平面上，而背對背的相互連接方式是用同軸回路連通雙方的電介質基片和接地面。背對背的結構雖然可用于減小器件外形面積，但仍大于傳統的單結帶線環行器。采用同軸連接也增加了雙結環行器的總體體積。此外，微帶環行器的背對背結構在PANARETOS器件中會導致一些局限首先，僅可用于雙結器件，不能增加成多結器件。其次，PANARETOS器件中的磁場系統相對復雜，以對雙結微帶環行器的非互易作用提供偏置磁場。PANARETOS采用共用磁鐵對雙環行器偏磁，但這種共有偏磁系統僅可使每組鐵氧體元件磁化作用于相反方向，即當一個微帶環行器為順時針環行，另一個僅可逆時針環行。還有，兩塊磁鐵在各自環行器中磁化鐵氧體元件將要求以相同的磁場方向作用。因此，需要采用磁屏蔽以降低2個獨立磁偏置系統中磁鐵之間的相互作用，因而將此類環行器的工作范圍局限于低亞磁鐵共振場(低場區)工作。美國專利5，347，241磁回路的兩個具體的磁場偏置系統中，各自環行器鐵氧體的磁化效應不能由一勻稱的磁場所提供，局限了其電器性能和鐵磁共振場的工作區域。因此，需要設計一種具有高隔離度、低插損性能和緊湊外形結構的微波鐵氧體環行結隔離器。
發明內容本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種層疊連接的多結帶線微波環行結隔離器。本發明的目的通過以下技術方案來實現多結帶線微波環行結隔離器，包括殼體、鐵氧體元件和帶線導體電路，特點是所述殼體具有一個圓柱腔，兩個或兩個以上的帶線導體電路以軸線層疊方式裝入殼體的圓柱腔中，所述的帶線導體電路采用層疊串接方式相連，帶線導體電路的一端口連接到相鄰相繼的另一帶線導體電路的一端口，帶線導體電路單元由帶線導體電路組合鐵氧體元件組成，多個帶線導體電路單元以層疊排列安裝，構成層疊連接的多結帶線環行結隔離器，共用磁場偏置系統為帶線導體電路單元提供磁場，使多結帶線環行結隔離器工作于非互易狀態。進一步地，上述的多結帶線微波環行結隔離器，其中，所述帶線導體電路的一端口4采用焊接方式與相鄰相繼的另一帶線導體電路的一端口相連接。更進一步地，上述的多結帶線微波環行結隔離器，其中，每個帶線導體電路的上下面均連接有鐵氧體元件，一個帶線導體電路與其上下面上的鐵氧體元件構成一個帶線導體電路單元，兩個或兩個以上的帶線導體電路單元以軸線層疊方式排列于圓柱腔中，相鄰帶線導體電路單元之間設置一磁鐵；并在，最下層帶線導體電路單元的下方設置一磁鐵，最上層帶線導體電路單元的上方設置一磁鐵，從而，每個帶線導體電路單元的上方和下方均配置有磁鐵；如果裝有兩個帶線導體電路單元，即形成"磁鐵_帶線導體電路單元_磁鐵_帶線導體電路單元_磁鐵"結構形式；如果裝有三個帶線導體電路單元，即形成"磁鐵_帶線導體電路單元_磁鐵_帶線導體電路單元_磁鐵_帶線導體電路單元_磁鐵"結構形式；依次類推。再進一步地，上述的多結帶線微波環行結隔離器，其中，在磁鐵與帶線導體電路單元之間配置有極片；在相鄰帶線導體電路單元之間配置有金屬墊片；金屬墊片呈星狀魚鰭狀，其外形尺寸大于圓柱腔的內徑，金屬墊片的魚鰭彎貼于圓柱腔中形成電接觸，為層疊的帶線導體電路單元提供電接地面。再進一步地，上述的多結帶線微波環行結隔離器，其中，每個帶線導體電路具有兩個以上的端口，每個帶線導體電路的一端口連接一電阻負載。再進一步地，上述的多結帶線微波環行結隔離器，其中，在最上層帶線導體電路單元上方的磁鐵上排列有帶有多臂的極片，蓋板壓于帶有多臂的極片之上。多結帶線微波環行結隔離器的制造方法，提供具有傳統單環行結隔離器外形的圓柱腔結構外殼；在圓柱腔中組裝和連接層疊排列的兩個或兩個以上具有N端口(N>3)帶線導體電路，其中某一帶線導體電路的一個端口被接到相鄰相繼的另一帶線導體電路的一個端口；提供磁場偏置到帶線導體電路單元，使多結帶線環行結隔離器工作于非互易狀態。相繼依序電路可整體相連，即兩個或更多個帶線導體電路制成單個元件，其中相應的端口相互連接，將多結帶線環行結隔離器包括標準電阻負載連接到各自的帶線導體電路的端口上，以抑制反向信號，負載根據層疊各級承受功率要求連接在各自端口。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在本發明提供了一種新型的具有高隔離性能和低插損的多結帶線環行結隔離器，設計獨特、結構新穎，不僅減小了外形尺寸，簡化了結構，同時具有高隔離度和低插損的性能；進一步的優勢是多結帶線環行結隔離器的圓柱腔具有緊湊的常規單環行結隔離器器件的外形面積，能利用標準的單環行結隔離器的元件達到成倍高隔離度性能。堪稱是具有新穎性、創造性、實用性的好技術，簡易適用，市場應用前景廣闊。下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明圖la:單結環行器環行信號的原理示意圖；圖lb:單結環行器反射信號被抑制的原理示意圖；圖2a:兩個單結環行器/隔離器串聯成一個雙結環行器/隔離器的示意圖；圖2b:兩個單結隔離器組成傳統雙結串聯共面結構隔離器的分解圖；圖3a:本發明多結帶線環行結隔離器的原理示意圖(帶線導體電路的一端口連接到相鄰相繼的另一帶線導體電路的端口)；圖3b:圖3a多結帶線環行結隔離器兩個帶線導體電路的透視圖；圖3c:以對稱方向共用磁場偏置系統中的同質磁回路磁化多組鐵氧體的示意圖；圖4a:本發明多結帶線環行結隔離器的層疊組裝型式截面示意圖；圖4b:本發明多結帶線環行結隔離器的分解圖。圖中各附圖標記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實施例方式如圖3a3c、圖4a4b，一種多結帶線環行結隔離器30，多結帶線環行結隔離器30包括一個帶有圓柱腔32的殼體28，殼體28采用各種合適的加工工藝制成，如機械加工、沖壓成型、鑄件或其他組合方式，殼體28和圓柱腔結構32為鋼制，通過機加工成型，組成導磁的結構。為了達到高隔離度，兩個或更多個三端口帶線導體電路12裝入圓柱腔32內并循類似直角坐標系的Z軸線以上下層疊排列方式并連接，帶線導體電路12中的一端口(12d、12e、12f)連接到鄰近相繼的另一帶線導體電路12的一端口(12a、12b、12c)，在電路間提供電氣連接。帶線導體電路兩相繼端口連接采用焊接或其他合適的電氣連接，以減小多結帶線環行器30的體積。從圖4b可清晰看到，圖中帶線導體電路的端口12c、12d以垂直方向相對折彎焊接，實現電氣連接及級聯效應。另一種方法，兩個或更多個帶線導體電路12以適當的端口(12a、12b、12c，12d、12e、12f)互相完整連接形成單個元件片，帶線導體電路由良導體鈹青銅、銅或其它合適的導電材料為基材，通過蝕刻、沖壓、印刷或其它合適的加工工藝加工成型，與信號端口間的傳輸通路匹配一致。如圖3c所示，在多結帶線環行結隔離器30中，具有對稱磁場極性的單組磁偏置系統被鐵氧體元件14互相共用。在圓柱腔32中，這些元件連接兩個或更多個三端口的帶線導體電路12，每個帶線導體電路實際就是一個單環行結隔離器單元，并組合一組已加偏磁的鐵氧體元件14。在多結帶線環行結隔離器30的圓柱腔中，采用多種方式和材料，例如，膠和環氧樹脂，使帶線導體電路12和鐵氧體元件14定位并線性排列。共用的磁偏置系統為相關帶線導體電路12的鐵氧體元件14提供合適的磁場偏置，使其磁化，從而在端口之間提供所需的非互易傳輸路徑。磁偏置可由圓柱腔32中多塊磁鐵16在不同位置的配置而得到，并可相應選擇鐵氧體元件和磁鐵形狀。通過采用對稱磁場極性的磁鐵16的磁偏置系統，為多組鐵氧體元件14各自提供所需的磁偏置。與圖2b表示的傳統雙結隔離器20相比，由于共用了磁偏置系統，多結帶線環行器在相同圓柱腔32中的磁鐵16數量得到減少。磁鐵16與極片18配合作用，增強了偏置磁場的勻稱性。磁鐵16可由任何合適的磁性材料組成，更適合的是永磁或電磁鐵，同樣，極片18可由導磁材料制成，如鐵或鋼。在圓柱腔32中，金屬墊片34為層疊排列組裝的帶線導體電路12之間提供一種電氣接地面，與帶線導體電路一樣，金屬墊片34由適用的鈹銅、銅或其它合適的電導體材料制成，金屬墊片34形狀具有星狀魚鰭，外形尺寸稍大于圓柱腔32。這種形狀的設計經常用于微波鐵氧體環行器/隔離器，在多結帶線環行結隔離器30的各元件組裝中，金屬墊片34的魚鰭被彎貼在圓柱腔32上形成電接觸，從而為層疊的帶線導體電路12提供電接地面，使每個帶線導體電路單元在圓柱腔32中分別獨立地以單環行結隔離器形式一同工作。此外，一種帶線導體電路12的合適排列結構，包括磁鐵16的極性，鐵氧體元件14和連接帶線導體電路12(12a、12b、12c，12d、12e、12f)端口的電阻負載24用于在微波鐵氧體環行結隔離器中通過正向信號，抑制反向信號。為了抑制反向信號，根據反向信號在各個單結上功率容量的要求選擇電阻負載24，在層疊結構中，電阻負載24連接到帶線導體電路12中，電阻負載24可以是一種標準表貼基片終端，焊接到帶線導體電路12上并通過連接殼體28接地。如圖3b示意，連接到隔離端口12e的電阻負載24b比連接到隔離端口12b的電阻負載24a承受更高的信號功率抑制和功耗，因而，電阻負載24a和電阻負載24b的外形尺寸在設計應用上就會不同。當然，限制在多結帶線環行結隔離器總體尺寸范圍內。在反向信號由12f端口接入的情況下，就首先流到電阻負載24b，最大的反向功率由電阻負載24b提供抑制并承受功率消耗，因此，從層疊帶線導體電路12端口12c和12d回流到電阻負載24a的反向信號功率就顯著地降低；由此能決定其結構及器件的采用。如圖4a和4b所示，微波鐵氧體環行結隔離器30具有先進后出的層疊式的元器件裝配順序，帶線導體電路12、鐵氧體14、磁鐵16、極片18、帶有多臂的極片22和蓋板26，通常具有與圓柱腔類似的形狀，但其直徑和厚度不同并按直線定位排列、組裝，并依據相應的工作頻率范圍要求進行設計。蓋板26配合于圓柱腔32，當蓋板26與殼體28處于緊配合時，將產生一個下壓力壓緊組裝在圓柱腔內的各個元器件。蓋板26、圓柱腔32和殼體28可用各種適合的常規機械鎖緊結構設計(如壓緊配合、螺紋組裝等)以鎖緊并使元器件的結構對齊(包括帶線導體電路12、鐵氧體14、磁鐵16、極片18等)，同時，蓋板26也為圓柱腔和殼體提供了偏置磁場的磁回路，以適合多結環行結隔離器30工作的需要。在圖4b可見，帶有多臂的極片22用于在蓋板26鎖緊過程中保持層疊元器件的直線排列。在本發明中，與傳統的雙結隔離器20相比，組裝器件的圓柱腔結構類似，但只需要一塊蓋板26。生產多結帶線環行結隔離器的方法，首先，提供一個有傳統單環行結隔離器圓柱腔結構和外形尺寸的用于組裝各種元件的多結帶線環行結隔離器的殼體，這個殼體可以用金屬片沖壓技術和機加工制造；在圓柱腔結構中兩組或以上的三端口帶線導體電路以層疊排列方式的組裝并連接。在此，至少有一個帶線導體電路的端口被連接到相鄰的相繼帶線的另一導體電路的一個端口，如前文所述，兩端口的連接，可用熟知的焊接方式，一個端口的導體臂與另一端以理想的連接方式合為一體，這些層疊的帶線導體電路也可由加工制成一個整體。對于多結帶線環行器的非互易作用，包含了向兩個或兩個以上具有N端口(N>3)的帶線導體電路提供一個磁場偏置，這種磁場偏置可由共有的磁偏系統提供，各自帶線導體電路如三明治一樣被夾在鐵氧體元件之間，至少有一塊磁鐵合適地與極片共同作用，使鐵氧體飽和磁化。綜上所述，本發明設計一種結構緊湊、具有高隔離性能和低插損的多結帶線環行結隔離器，不僅減小了外形尺寸，簡化了結構，同時具有高隔離度和低插損的性能，進一步的優勢是多結帶線環行結隔離器的圓柱腔具有緊湊的常規單環行結隔離器器件的外形面積，能利用標準的單環行結隔離器的元件達到成倍高隔離度性能。為一實用的新設計，值得在業內廣泛推廣應用。需要理解到的是以上所述僅是本發明的優選實施方式，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。權利要求多結帶線微波環行結隔離器，包括殼體、鐵氧體元件和帶線導體電路，其特征在于所述殼體具有一個圓柱腔，兩個或兩個以上的帶線導體電路以軸線上下層疊方式裝入殼體的圓柱腔中，所述兩個或兩個以上的帶線導體電路采用層疊串接方式相連，帶線導體電路的一端口連接到相鄰相繼的另一帶線導體電路的一端口，共用磁場偏置系統為帶線導體電路單元提供磁場，帶線導體電路單元由帶線導體電路組合鐵氧體元件構成，多個帶線導體電路單元構成層疊排列安裝的多結帶線環行結隔離器。2.根據權利要求1所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于所述帶線導體電路的一端口采用焊接方式與相鄰相繼的另一帶線導體電路的一端口相連接，或多個帶線導體電路以整體成型連接。3.根據權利要求1所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于每個帶線導體電路的上下面均裝有鐵氧體元件，一個帶線導體電路與其上下面上的鐵氧體元件構成一個帶線導體電路單元，兩個或兩個以上的帶線導體電路單元以軸線上下層疊方式排列于圓柱腔中，相鄰帶線導體電路單元之間設置一磁鐵；并在，最下層帶線導體電路單元的下方設置一磁鐵，最上層帶線導體電路單元的上方設置一磁鐵，從而，每個帶線導體電路單元的上方和下方均配置有磁鐵。4.根據權利要求3所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于在磁鐵與帶線導體電路單元之間配置有極片。5.根據權利要求4所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于在相鄰帶線導體電路單元之間配置有金屬墊片。6.根據權利要求5所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于所述金屬墊片呈星狀魚鰭狀，其外形尺寸大于圓柱腔的內徑，金屬墊片的魚鰭彎貼于圓柱腔中形成電接觸，為層疊的帶線導體電路單元提供電接地面。7.根據權利要求3所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于每個帶線導體電路的一端口連接一電阻負載。8.根據權利要求3所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于每個帶線導體電路具有兩個以上的端口。9.根據權利要求3所述的多結帶線微波環行結隔離器，其特征在于在最上層帶線導體電路單元上方的磁鐵上排列有帶有多臂的極片，蓋板壓于帶有多臂的極片之上。全文摘要本發明提供一種多結帶線微波環行結隔離器，殼體具有一個圓柱腔，兩個或兩個以上的帶線導體電路以軸線上下層疊方式裝入殼體的圓柱腔中，所述兩個或兩個以上的帶線導體電路采用層疊串接方式相連，帶線導體電路的一端口連接到相鄰相繼的另一帶線導體電路的一端口，共用磁場偏置系統為鐵氧體元件提供磁場，兩個鐵氧體元件結合入一個帶線導體電路，構成層疊連接的多結帶線環行結隔離器。該技術方案不僅結構緊湊，還具有高隔離度和低插損性能，利用標準的單環行結隔離器的元件達到成倍高隔離度性能，值得在業內廣泛推廣應用。文檔編號H01P1/387GK101771183SQ200910224748公開日2010年7月7日申請日期2009年11月13日優先權日2009年7月20日發明者勇俊·坂,尼古拉·武羅布維奇,帕米特·S·恰瓦洛申請人:世達普(蘇州)通信設備有限公司;加拿大世達普電子器件股份有限公司