Mems磁調諧yig帶通濾波器及制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器及制作方法，帶通濾波器包括諧振腔、位于諧振腔內水平放置的長方形基體，所述諧振腔包括RF輸入端和RF輸出端；所述基體上水平設有兩個耦合孔洞，所述耦合孔洞中放置有YIG小球；基體正面設有金屬線條，且當滿足鐵磁共振條件時，微波射頻信號從一輸入輸出端U形金屬線條進入，并從另一輸入輸出端U形金屬線條耦合輸出，基板上印刷有兩個并聯的溫補電阻。本發明實現了YIG諧振耦合結構的小型化、緊湊化和工藝高精度可控，大幅度縮小、減輕、降低和提高了磁調諧YIG帶通濾波器的體積、重量、功耗和調諧速度，突破了該類器件因手工制作人為因素導致的一致性差和裝調效率低下的工藝瓶頸問題。
【專利說明】
MEMS磁調諧YIG帶通濾波器及制作方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種濾波器及制作方法，尤其涉及一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器及制作方法。
【背景技術】
[0002]磁調諧YIG帶通濾波器是一類十分重要的電子元器件，在民用儀器設備和軍用電子戰領域均具有廣闊的應用前景。磁調諧YIG帶通濾波器通常用作寬帶接收機預選器，可完成寬帶偵察、全景接收、頻譜分析、無源定位等功能。借助磁調諧YIG帶通濾波器，在密集復雜的眾多電磁信號當中可自動搜索、跟蹤、選通所需頻率信號，抑制無關或干擾信號。由于調諧范圍寬，帶外抑制度高，調諧線性度好，相比其它技術途徑而言，使用磁調諧YIG帶通濾波器不僅能大幅度提高軍用電子裝備的整體技戰指標，更是單只器件即可完成原本該由眾多開關濾波器陣列組合才能完成的選頻濾波功能，因而能大大簡化整機設計。
[0003]參見圖3，目前，磁調諧YIG帶通濾波器主要是通過手工方式，繞制包裹YIG小球的漆包線正交耦合環對，以此構成濾波器的諧振耦合基本單元。將多個漆包線正交耦合環對及其包裹的YIG小球進行級聯，并由磁化線圈電流和磁路磁極一體激勵磁化，可實現對微波信號的高選擇性濾波選頻傳輸功能，也即磁調諧YIG帶通濾波器。因鐵氧體材料一般采用損耗較低的釔鐵石榴石(YIG)單晶小球，所以該類器件俗稱為磁調諧YIG器件。
[0004]傳統磁調諧YIG帶通濾波器的缺點是:多級正交環球諧振耦合結構的實現，只能依賴手工工藝，特別是與功能性能強相關因而工藝敏感度極高的YIG小球安裝和正交耦合線圈繞制焊接，均只能在顯微鏡下以手工方式完成。該手工工藝完成亞毫米及以下尺寸的高精細操作，必然是難度大、人為因素多、一致性不好，要求操作人員必須具有較高的業務能力和職業素養。另外，因采用該手工工藝，處于核心地位的多級正交環球諧振耦合結構無法大幅度縮小，使得磁極磁化區域寬、氣隙大，直接導致器件很難實現小體積、低功耗和高速度。
[0005]參見圖4，圖4為傳統鈹陶瓷桿粘接支撐并從側面插入的YIG小球結構圖。在該傳統方法中，YIG小球需要粘接在鈹陶瓷桿頂端，從側面插入耦合孔內，位置很難達到高度準確。
[0006]參見圖5，圖5為傳統鈹陶瓷桿支撐導熱YIG小球溫補結構。該傳統方法中，陶瓷加熱片需焊接在金屬加熱套上。
[0007]參見圖7，圖7為粘接在陶瓷桿上的YIG小球傳統定向方法示意圖。在該傳統方法中，YIG小球先需要在特殊設備上完成定向，然后再取下，粘接在陶瓷桿上，同時需要在調試過程用手圍繞陶瓷軸向適當旋轉。
[0008]另外，本發明所稱MEMS，是指基于微機械和電路刻蝕工藝的意思。
【發明內容】
[0009]本發明的目的就在于提供一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器及制作方法，通過一種新型的可MEMS工藝實現的磁調諧YIG帶通濾波器諧振耦合結構，實現了 YIG諧振耦合結構的小型化、緊湊化和工藝高精度可控，大幅度縮小、減輕、降低和提高了磁調諧YIG帶通濾波器的體積、重量、功耗和調諧速度，并有效突破了該類器件因手工制作人為因素導致的一致性和裝調效率低下的工藝瓶頸問題。
[0010]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是這樣的:
一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器，包括諧振腔、位于諧振腔內水平放置的長方形基體，所述諧振腔包括RF輸入端和RF輸出端；
所述基體上水平設有兩個耦合孔洞，所述耦合孔洞中放置有YIG小球，所述YIG小球的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，并通過粘膠與基板固定連接；
基體正面的兩耦合孔洞間設有兩個中央U形金屬線條，兩個中央U形金屬線條開口相背、且開口分別朝向兩耦合孔洞，兩個中央U形金屬線條通過一根水平金屬線條連通；
一耦合孔洞正下方、另一耦合孔洞正上方分別設有輸入輸出端U形金屬線條，兩條輸入輸出端U形金屬線條分別通過一豎直金屬線條連通諧振腔的RF輸入端和RF輸出端；
朝向同一耦合孔洞的中央U形金屬線條和輸入輸出端U形金屬線條間，還設有數條間斷圍繞耦合孔洞一周的弧形金屬線條，基體背面也設有與正面重疊的弧形金屬線條；
所述中央、輸入輸出端U形金屬線條、弧形金屬線條的端部設有金屬化通孔，所述金屬化通孔連通正反兩面對應的金屬線條，中央、輸入輸出端U形金屬線條的轉角處垂直轉角，且當滿足鐵磁共振條件時，微波射頻信號從一個輸入輸出端U形金屬線條進入，并從另一個輸入輸出端U形金屬線條親合輸出；
所述基板上印刷有兩個并聯的溫補電阻。
[0011]本發明中，圍繞在同一耦合孔洞處中央、輸入輸出端U形金屬線條、弧形金屬線條、金屬化通孔，構成了一對準亥姆霍茲線圈對，原理與亥姆霍茲線圈相似，結構不同，以該結構替代傳統的漆包線耦合環結構，勿須進行復雜的耦合環手工焊接裝配，降低了對工藝人員的素質要求，其工藝可操作性、精度、效率和一致性均得到大幅度提高。
[0012]直接印刷溫補電阻，溫補電阻為陶瓷薄片，代替了現有技術中陶瓷加熱片需焊接在金屬加熱套上的技術缺陷，結構更加簡單，加工更加方便。
[0013]作為優選:所述弧形金屬線條為四條;所述溫補電阻分別位于基板兩個頂角附近，并采用陶瓷材料制成。
[0014]弧形金屬線條的設置不是唯一的，只要配合YIG小球、中央、輸入輸出端U形金屬線條，在鐵磁共振條件時，微波射頻信號從一個輸入輸出端U形金屬線條進入，并從另一個輸入輸出端U形金屬線條耦合輸出即可，也就是滿足將信號從諧振腔的RF輸入端耦合至RF輸出端即可。
[0015]—種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器的制造方法，包括以下步驟:
(1)選取基板，所述基板采用非金屬材料制成；
(2)在基板上制作耦合孔洞、在基板正反兩面制作中央、二U形金屬線，弧形金屬線條，和金屬化通孔；
(3)通過微機械工藝在耦合孔洞上放置YIG小球；
(4)在基板上印刷兩片并聯的溫補電阻；
(5)將步驟4的基板安裝在諧振腔中，并將諧振腔放置在定向裝置，對YIG小球進行水平定向，使YIG小球的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，然后通過粘接膠固定和固化。
[0016]作為優選:所述定位裝置包括水平設置帶刻度的轉盤，轉盤中部設有放置諧振腔的放置臺，放置臺兩側設有線圈繞組，所述線圈繞組同軸設置且中垂線正對諧振腔，并能隨轉盤轉動;線圈繞組相互遠離的一端分別連接磁極不同的磁鐵。
[0017]作為優選:所述水平定向具體方式為:將諧振腔放置在放置臺上，旋轉轉盤，帶動線圈繞組運動，從而改變磁化方向。
[0018]鑲嵌在耦合孔洞內先是呈半自由狀態的數個YIG小球，連同諧振腔，整個水平置于該定位裝置中，通過反復改變該裝置的磁化方向，使得易磁化軸跟隨外磁場變化，確保YIG小球的溫度穩定軸與水平面垂直，克服了現有技術中，YIG小球先需要在特殊設備上完成定向，然后再取下，粘接在陶瓷桿上，同時需要在調試過程用手圍繞陶瓷軸向適當旋轉的缺陷。
[0019]與現有技術相比，本發明的優點在于:采用MEMS工藝，可以實現YIG濾波器的諧振耦合結構的緊湊化設計，磁極磁化區域較傳統縮減2/3以上，工作氣隙較傳統減小1/2以上，線圈電流和磁化功耗得到大幅度降低，從而有利于YIG帶通濾波器的小型化和低功耗，具有很強的實用價值。
[0020]采用水平孔洞承載YIG小球；由特殊設計的磁場取向裝置對小球一體完成溫度穩定軸的取向；由溫補電阻網絡直接對小球進行加熱補償。大幅度簡化工藝操作。
[0021]最終是有利于YIG濾波器、組件及其它類似器件組件的小型化、低功耗和生產效率的提升，具有很強的實用價值。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明結構不意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為磁調諧YIG帶通濾波器傳統手工式諧振耦合示意圖；
圖4為傳統鈹陶瓷桿粘接支撐并從側面插入的YIG小球結構圖圖5為傳統鈹陶瓷桿支撐導熱YIG小球溫補結構示意圖；
圖6為定位裝置結構示意圖；
圖7為粘接在陶瓷桿上的YIG小球傳統定向方法示意圖。
[0023]圖中:1、諧振腔；2、基體;3、RF輸入端;4、RF輸出端;5、耦合孔洞;6、YIG小球;7、中央U形金屬線條;8、水平金屬線條;9、輸入輸出端U形金屬線條；10、豎直金屬線條；11、弧形金屬線條；12、金屬化通孔;13、漆包線；14、鈹陶瓷桿;15、加熱套；16、陶瓷加熱片；17、轉盤；18、放置臺；19、線圈繞組;20、磁鐵;21、溫補電阻。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0025]實施例1:參見圖1到圖7，一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器，包括諧振腔1、位于諧振腔I內水平放置的長方形基體2，所述諧振腔I包括RF輸入端3和RF輸出端4;
所述基體2上水平設有兩個耦合孔洞5，所述耦合孔洞5中放置有YIG小球6，所述YIG小球6的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，并通過粘膠與基板固定連接；
基體2正面的兩耦合孔洞5間設有兩個中央U形金屬線條7，兩個中央U形金屬線條7開口相背、且開口分別朝向兩耦合孔洞5，兩個中央U形金屬線條7通過一根水平金屬線條8連通；一親合孔洞5正下方、另一親合孔洞5正上方分別設有輸入輸出端U形金屬線條9，兩條輸入輸出端U形金屬線條9分別通過一豎直金屬線條10連通諧振腔I的RF輸入端3和RF輸出端4;
朝向同一耦合孔洞5的中央U形金屬線條7和輸入輸出端U形金屬線條9間，還設有數條間斷圍繞耦合孔洞5—周的弧形金屬線條11，基體2背面也設有與正面重疊的弧形金屬線條11;
所述中央U形金屬線條7、輸入輸出端U形金屬線條9、弧形金屬線條11的端部設有金屬化通孔12，所述金屬化通孔12連通正反兩面對應的金屬線條，中央U形金屬線條7、輸入輸出端U形金屬線條9的轉角處垂直轉角，且當滿足鐵磁共振條件時，微波射頻信號從一個輸入輸出端U形金屬線條9進入，并從另一個輸入輸出端U形金屬線條9親合輸出；
所述基板上印刷有兩個并聯的溫補電阻21。
[0026]本實施例中:所述弧形金屬線條11為四條;所述溫補電阻21分別位于基板兩個頂角附近，并采用陶瓷材料制成。
[0027]—種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器的制造方法，包括以下步驟:
(1)選取基板，所述基板采用非金屬材料制成；
(2)在基板上制作耦合孔洞5、在基板正反兩面制作中央、二U形金屬線，弧形金屬線條11，和金屬化通孔12;
(3)通過微機械工藝在耦合孔洞5上放置YIG小球6;
(4)在基板上印刷兩片并聯的溫補電阻21;
(5)將步驟4的基板安裝在諧振腔I中，并將諧振腔I放置在定向裝置，對YIG小球6進行水平定向，使YIG小球6的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，然后通過粘接膠固定和固化。
[0028]本實施中:所述定位裝置包括水平設置帶刻度的轉盤17，轉盤17中部設有放置諧振腔I的放置臺18，放置臺18兩側設有線圈繞組19，所述線圈繞組19同軸設置且中垂線正對諧振腔I，并能隨轉盤17轉動;線圈繞組19相互遠離的一端分別連接磁極不同的磁鐵20;所述水平定向具體方式為:將諧振腔I放置在放置臺I8上，旋轉轉盤17，帶動線圈繞組19運動，從而改變磁化方向。
[0029]參見圖3:為采用漆包線13手工繞制繞制包裹YIG小球6的方式，而本發明采用水平孔洞承載YIG小球6;由特殊設計的磁場取向裝置對小球一體完成溫度穩定軸的取向；由溫補電阻21網絡直接對小球進行加熱補償。大幅度簡化工藝操作。
[0030]參見圖4，圖4為傳統鈹陶瓷桿14粘接支撐并從側面插入的YIG小球6結構圖。在該傳統方法中，YIG小球6需要粘接在鈹陶瓷桿14頂端，從側面插入耦合孔內，本發明只需要直接通過微機械將YIG小球6放在耦合孔洞5內即可。
[0031]參見圖5，圖5為傳統鈹陶瓷桿14支撐導熱YIG小球6溫補結構。該傳統方法中，陶瓷加熱片16需焊接在金屬加熱套15上，而本發明只需要在基板上直接印刷溫補電阻21，非常簡單。
[0032]參見圖7，圖7為粘接在陶瓷桿上的YIG小球6傳統定向方法示意圖。在該傳統方法中，YIG小球6先需要在特殊設備上完成定向，然后再取下，粘接在陶瓷桿上，同時需要在調試過程用手圍繞陶瓷軸向適當旋轉，而本法發明采用圖6結構所示設備，即可實現定向。
【主權項】
1.一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器，其特征在于:包括諧振腔、位于諧振腔內水平放置的長方形基體，所述諧振腔包括RF輸入端和RF輸出端； 所述基體上水平設有兩個耦合孔洞，所述耦合孔洞中放置有YIG小球，所述YIG小球的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，并通過粘膠與基板固定連接； 基體正面的兩耦合孔洞間設有兩個中央U形金屬線條，兩個中央U形金屬線條開口相背、且開口分別朝向兩耦合孔洞，兩個中央U形金屬線條通過一根水平金屬線條連通； 一耦合孔洞正下方、另一耦合孔洞正上方分別設有輸入輸出端U形金屬線條，兩條輸入輸出端U形金屬線條分別通過一豎直金屬線條連通諧振腔的RF輸入端和RF輸出端； 朝向同一耦合孔洞的中央U形金屬線條和輸入輸出端U形金屬線條間，還設有數條間斷圍繞耦合孔洞一周的弧形金屬線條，基體背面也設有與正面重疊的弧形金屬線條； 所述中央、輸入輸出端U形金屬線條、弧形金屬線條的端部設有金屬化通孔，所述金屬化通孔連通正反兩面對應的金屬線條，中央、輸入輸出端U形金屬線條的轉角處垂直轉角，且當滿足鐵磁共振條件時，微波射頻信號從一個輸入輸出端U形金屬線條進入，并從另一個輸入輸出端U形金屬線條親合輸出； 所述基板上印刷有兩個并聯的溫補電阻。2.根據權利要求1所述的MEMS磁調諧YIG帶通濾波器，其特征在于:所述弧形金屬線條為四條;所述溫補電阻分別位于基板兩個頂角附近，并采用陶瓷材料制成。3.一種MEMS磁調諧YIG帶通濾波器的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)選取基板，所述基板采用非金屬材料制成； (2)在基板上制作耦合孔洞、在基板正反兩面制作中央、二U形金屬線，弧形金屬線條，和金屬化通孔； (3)通過微機械工藝在耦合孔洞上放置YIG小球； (4)在基板上印刷兩片并聯的溫補電阻； (5)將步驟4的基板安裝在諧振腔中，并將諧振腔放置在定向裝置，對YIG小球進行水平定向，使YIG小球的溫度穩定軸為[0，8，13]方向，然后通過粘接膠固定和固化。4.根據權利要求3所述的MEMS磁調諧YIG帶通濾波器的制造方法，其特征在于:所述定位裝置包括水平設置帶刻度的轉盤，轉盤中部設有放置諧振腔的放置臺，放置臺兩側設有線圈繞組，所述線圈繞組同軸設置且中垂線正對諧振腔，并能隨轉盤轉動;線圈繞組相互遠離的一端分別連接磁極不同的磁鐵。5.根據權利要求4所述的MEMS磁調諧YIG帶通濾波器的制造方法，其特征在于:所述水平定向具體方式為:將諧振腔放置在放置臺上，旋轉轉盤，帶動線圈繞組運動，從而改變磁化方向。
【文檔編號】H01P11/00GK105914437SQ201610303325
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】蔣運石, 肖尚卿, 馮輝煜, 尹久紅
【申請人】西南應用磁學研究所