基片集成波導鐵氧體開關的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種容差好、寬帶寬、隔離度較高的基片集成波導鐵氧體開關。該開關包括介質基板，所述介質基板的上表面設置有第一金屬覆銅層，下表面設置有第二金屬覆銅層，所述介質基板上設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有至少一個第一鐵氧體安裝孔，在第一鐵氧體安裝孔內安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側面均鍍有金屬鍍層。采用外層加載來取代傳統的內鑲嵌，更易加工，對鐵氧體塊的寬度要求不高，容差好，同時鐵氧體塊與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強；在同樣長度下本發明所述的基片集成波導鐵氧體開關帶寬遠大于現有的開關帶寬，且隔離度更高，適合在鐵氧體開關【技術領域】推廣應用。
【專利說明】基片集成波導鐵氧體開關
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵氧體開關【技術領域】，具體涉及一種基片集成波導鐵氧體開關。
【背景技術】
[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，其中最受關注的技術是基片集成波導。近兩年，在對基片集成波導結構傳輸特性充分研究的基礎上，實現了多種基于基片集成波導技術的鐵氧體磁控器件，包括開關，極大地推進了基片集成波導技術的新發展。目前，寬頻帶和小型化是基片集成波導磁控開關的主要發展方向。
[0003]傳統的鐵氧體開關把鐵氧體嵌進波導中，緊貼波導E面內壁放置，側面高度與E面內壁相等。利用鐵氧體材料的磁各向異性，通過調整偏置磁場強度來改變矩形波導的截止頻率，進而控制開關通、斷。但此類型開關存在如下問題:1)通過不同磁偏來改變波導的截止頻率，要保證開關工作于鐵氧體旋磁共振點以下，其可變范圍有限，造成開關帶寬較窄；
2)一定磁偏下，鐵氧體磁導率隨頻率升高，其變化逐漸減小，造成開關高頻工作帶寬更窄；
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波導的截止頻率改變能力較弱，因此在獲得相同的帶寬時其長度需要增加，致使整個開關體積較大；4)與平面電路集成困難，加工復雜，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結構來實現開關。但是，基片集成波導開關采用與傳統波導開關相同的結構形式，將鐵氧體片嵌進介質中與基片集成波導結構相連。其工作原理與波導類結構相類似，即利用鐵氧體材料的磁各向異性，通過調整偏置磁場強度來改變矩形波導的截止頻率，進而控制開關通、斷。由于具有相似的工作原理，此類基片集成波導開關存在與波導開關類似的缺點。同時，由于基片集成波導是介質填充結構，在此開關設計時需要對介質基片挖矩形長槽便于鐵氧體片的放置，其工藝成熟度低，加工難度大，在高頻時應用困難。此外，鐵氧體片放置于基片集成波導內部，在大功率應用時散熱不宜。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種容差好、寬帶寬、隔離度較高的基片集成波導鐵氧體開關。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:該基片集成波導鐵氧體開關，包括介質基板，所述介質基板的上表面設置有第一金屬覆銅層，介質基板的下表面設置有第二金屬覆銅層，所述介質基板上設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、介質基板、第二金屬覆銅層形成基片集成波導，所述第一金屬覆銅層上開有至少一個第一鐵氧體安裝孔，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安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側面均鍍有金屬鍍層。
[0007]進一步的是，所述第二金屬覆銅層上開有至少一個第二鐵氧體安裝孔，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安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側面均鍍有金屬鍍層。
[0008]進一步的是，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稱設置。
[0009]進一步的是，所述鐵氧體塊的厚度小于或等于基片集成波導寬度的十分之一，所述鐵氧體塊的厚度的H1與基片集成波導的高度H2滿足如下關系其中S1為介
質基板的相對介電常數，ε 2為鐵氧體塊的相對介電常數。
[0010]進一步的是，所述鐵氧體塊的橫截面為矩形或菱形。
[0011]本發明的有益效果:通過在第一金屬覆銅層上開有至少一個第一鐵氧體安裝孔，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安裝有鐵氧體塊，所述鐵氧體塊的上表面和側面均鍍有金屬鍍層，由于本發明采用外層加載來取代傳統的內鑲嵌，更易加工，對鐵氧體塊的寬度要求不高，容差好，同時鐵氧體塊與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強；現有的基片集成波導鐵氧體開關利用鐵氧體改變截止頻率來實現通、斷，本發明通過外加直流磁偏置，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面均鍍有金屬鍍層，因此金屬鍍層會形成短路邊界，此時電磁波將在短路邊緣處被吸收，從而形成邊導模效應來實現開基片集成波導鐵氧體開關的通、斷，在同樣長度下本發明所述的基片集成波導鐵氧體開關帶寬遠大于現有的基片集成波導鐵氧體開關帶寬，且隔離度更高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明基片集成波導鐵氧體開關的三維結構示意圖；
[0013]圖2是本發明基片集成波導鐵氧體開關的截面示意圖；
[0014]圖3是本發明實施例所述的基片集成波導鐵氧體開關的第一金屬覆銅層的結構示意圖；
[0015]圖中標記說明:介質基板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。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0017]如圖1、2所示，該基片集成波導鐵氧體開關，包括介質基板I，所述介質基板I的上表面設置有第一金屬覆銅層2，介質基板I的下表面設置有第二金屬覆銅層3，所述介質基板I上設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、介質基板1、第二金屬覆銅層3形成基片集成波導，所述第一金屬覆銅層2上開有至少一個第一鐵氧體安裝孔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內安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側面均鍍有金屬鍍層7。通過在第一金屬覆銅層2上開有至少一個第一鐵氧體安裝孔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內安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側面均鍍有金屬鍍層7，由于本發明采用外層加載來取代傳統的內鑲嵌，更易加工，對鐵氧體塊6的寬度要求不高，容差好，同時鐵氧體塊6與外界相接觸的表面積較大，散熱能力強；現有的基片集成波導鐵氧體開關利用鐵氧體改變截止頻率來實現通、斷，本發明通過外加直流磁偏置，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的上表面和側面均鍍有金屬鍍層7，因此金屬鍍層7會形成短路邊界，此時電磁波將在短路邊緣處被吸收，從而形成邊導模效應來實現開基片集成波導鐵氧體開關的通、斷，在同樣長度下本發明所述的基片集成波導鐵氧體開關帶寬遠大于現有的基片集成波導鐵氧體開關帶寬，且隔離度更高。另外，基片集成波導寬度應接近于開關帶寬中心頻率在鐵氧體塊6中工作波長；通過調節鐵氧體塊6長度可以對插入損耗和回波損耗進行調節；通過調節鐵氧體塊6的厚度和長度可以控制隔離度。
[0018]為了縮減基片集成波導鐵氧體開關的電路面積，所述第二金屬覆銅層3上開有至少一個第二鐵氧體安裝孔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內安裝有鐵氧體塊6，所述鐵氧體塊6的上表面和側面均鍍有金屬鍍層7，這種結構在實現同樣帶寬的情況下，其基片集成波導鐵氧體開關的長度會縮減一半，可以減小基片集成波導鐵氧體開關的體積，便于集成。進一步的是，所述第一鐵氧體安裝孔5的位置與第二鐵氧體安裝孔8的位置對稱設置。
[0019]為了使基片集成波導鐵氧體開關的帶寬達到最大，所述鐵氧體塊6的厚度小于或等于基片集成波導寬度的十分之一，所述鐵氧體塊6的厚度的H1與基片集成波導的高度H2
滿足如下關系:其中ε I為介質基板I的相對介電常數，ε 2為鐵氧體塊6的相
' 2 2，
對介電常數。
[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，作為優選的是:所述鐵氧體塊6的橫截面為矩形或菱形。
[0021]實施例
[0022]本實施例中基片集成波導鐵氧體開關的鐵氧體塊6的數量為兩個，均安裝在第一金屬覆銅層2上，第一金屬覆銅層2的結構如圖3所示，第一選用的介質基板I介電常數為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，相對介電常數14.5，3dB線寬200e，損耗角正切0.0002，飽和磁化強度1850Gs。基片集成波導寬度8mm，金屬通孔直徑0.6mm,通孔間距1.2mm,鐵氧體塊6厚0.8mm,長度6mm,寬度7.4mm,兩塊鐵氧體塊6間距1mm，所加磁偏30100e。性能對比如下表所示:
[0023]尺寸帶內SI〗插損dB
開關種類帶寬(GHz)/相對帶寬
(mm X mm)(dB)ON/OFF
波導鐵氧體開關 70x17.78.B-9.51 7.7%-16.40.4 / 60
一般基片集成波導
16x9,89,5-10/5.1%-101/20
開關
本發明9.7-11.1/ 13.5%-150.8/30
[0024]從上表可以看出，本發明是所述的基片集成波導鐵氧體開關的帶寬遠大于波導鐵氧體開關和一般基片集成波導開關的帶寬。
【權利要求】
1.基片集成波導鐵氧體開關，包括介質基板(1)，所述介質基板(I)的上表面設置有第一金屬覆銅層(2 )，介質基板(I)的下表面設置有第二金屬覆銅層(3 )，所述介質基板(I)上設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)、介質基板(I)、第二金屬覆銅層(3)形成基片集成波導，其特征在于:所述第一金屬覆銅層(2)上開有至少一個第一鐵氧體安裝孔(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)內安裝有鐵氧體塊(6)，所述鐵氧體塊(6)的上表面和側面均鍍有金屬鍍層(7)。
2.如權利要求1所述的基片集成波導鐵氧體開關，其特征在于:所述第二金屬覆銅層(3)上開有至少一個第二鐵氧體安裝孔(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 )內安裝有鐵氧體塊(6 )，所述鐵氧體塊(6 )的上表面和側面均鍍有金屬鍍層(7)。
3.如權利要求2所述的基片集成波導鐵氧體開關，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)的位置對稱設置。
4.如權利要求3所述的基片集成波導鐵氧體開關，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與基片集成波導的高度H2滿足如下關系:其中ε i為介質基板(I)的相對介電常數，ε 2為鐵氧體塊(6)的相對介電常數。
5.如權利要求4所述的基片集成波導鐵氧體開關，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】H01P1/11GK103594761SQ201310595609
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】程鈺間, 黃秋棟 申請人:電子科技大學