专利名称：一种ltcc叠层微带铁氧体环行器的制作方法
技术领域：
本发明属于微波技术领域，涉及一种LTCC叠层微带铁氧体环行器。
背景技术：
铁氧体环行器是一种多端口的微波无源器件，电磁波在其内按照一定的环行方向传输，反方向则隔离，广泛应用于雷达、电子对抗、遥测遥控、微波测量和微波通信等领域。 随着微波系统向小型化和高集成度方向发展，微带铁氧体环行器由于具有小型化、轻量化、 生产成本低、生产周期短、可靠性高及性能好等优点成为当前微波环行器的研究热点。目前，微带铁氧体环行器主要为嵌入式结构和全磁基片式结构。嵌入式微带铁氧体环行器采用陶瓷类电介质材料作为基片，在基片中开设圆孔，并在该孔内嵌入与孔径和厚度相同的微波铁氧体基片；环行器的中心结位于铁氧体基片上，而与之耦合和匹配的微带线则主要位于陶瓷基片上。这类环行器具有明显的结构缺点，难以与其它微波器件进行集成。在全磁基片式结构当中，环行器的中心结和微带线都位于同一微波铁氧体基片上，在阻抗匹配的设计上缺乏灵活性。近年来，LTCC技术的迅速发展为开发新型微波无源器件提供了强大动力。LTCC是一种先进的多层陶瓷技术，能够实现高密度多层布线和无源元件的基片集成，在设计上具有很大的灵活性。采用LTCC技术有望突破现有微带铁氧体环行器的结构缺点和设计缺点， 获得具有三维结构的叠层式微带铁氧体环行器，实现环行器与LTCC技术和组件的兼容，为基于LTCC技术的高频化系统级封装(SIP)提供良好基础。
发明内容
本发明的目的是在确保微带铁氧体环行器的性能和可靠性的基础上，提供一种基于LTCC技术的叠层微带铁氧体环行器，突破现有微带铁氧体环行器的结构缺点和设计缺点，实现与LTCC技术和组件的兼容。本发明的目的通过下述技术方案实现一种LTCC叠层微带铁氧体环行器，如图1 至图4所示，包括金属接地层1、LTCC铁氧体层2、第一 LTCC陶瓷介质层3、第二 LTCC陶瓷介质层4、中心结5、第一微带电路6、金属填孔7、第二微带电路8。第一微带电路6包括三个互成120°夹角的矩形微带分支，与圆形中心结5都位于LTCC铁氧体层2的上表面，并形成连接。第二微带电路8包括三个矩形微带分支，分布于第一 LTCC陶瓷介质层3的上表面。金属填孔7穿过第一 LTCC陶瓷介质层3将位于不同基片材料上的第一微带电路(6) 和第二微带电路(8)连接起来，形成三维的叠层结构。第二微带电路8的三个矩形微带分支可以分别与三个外接端口连接进行馈电。上述方案中，所述金属接地层1、中心结5、第一微带电路6、金属填孔7及第二微带电路8采用金(Au)、银(Ag)或银钯(AgPd)合金等具有高电导率的金属材料，各部分的尺寸由该环行器的性能及尺寸要求决定。上述方案中，所述LTCC铁氧体层2采用自偏置微波铁氧体材料；第一 LTCC陶瓷介质层3和第二 LTCC陶瓷介质层4采用三氧化二铝陶瓷材料，其相对介电常数范围在2 20 之间。上述方案中，所述LTCC铁氧体层2和第一 LTCC陶瓷介质层3的性能由环行器的性能及尺寸要求决定。本发明与现有微带铁氧体环行器相比，采用了 LTCC铁氧体和LTCC陶瓷作为基片材料，与现有LTCC工艺技术兼容；改变LTCC铁氧体和LTCC陶瓷材料的电磁性能以及微带尺寸可以方便地对器件特性进行调节；由于采用了三维结构设计，微带电路分布在不同类型的基片材料上，在设计上具有更大的灵活性；适合与其它LTCC微波器件进行一体化集成，有助于LTCC组件和模块的开发。
图1是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的结构示意图。图2是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的前视图。图3是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的左视图。图4是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的俯视图。图5是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的幅频特性仿真结果。图6是本发明所述LTCC叠层微带铁氧体环行器的驻波比与工作频率之间的关系。
具体实施例方式下面结合附图和一种实施方式，对本发明作进一步的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此。如图5和图6所示，本发明的实施方式提供LTCC叠层微带铁氧体环行器的工作中心频率为3. 0GHz，带宽达到200MHz以上，中心频率处的反射和隔离度优于35dB，插入损耗低于0. 5dB,驻波比小于1. 1。该环行器采用目前已成熟的LTCC工艺技术进行制作。本发明提供的一种LTCC叠层微带铁氧体环行器如图1至图4所示。LTCC铁氧体层2 该层采用10张长度为18. 0mm，宽度为16. 0mm，厚度为70 μ m，相对介电常数为13. 5，饱和磁化强度为79. 6kA/m的LTCC钡铁氧体流延膜片叠片而成。铁氧体层的下表面采用银浆印刷金属接地层1，厚度为100 μ m。铁氧体层的上表面采用银浆印刷中心结5和第一微带电路6，中心结的半径为3. Omm,厚度为10 μ m ；第一微带电路的三个矩形微带分支尺寸相同，长度和宽度分别为5. Omm和2. 4mm，厚度与金属中心结保持一致， 即为10 μ m ；三个微带分支与中心结相交连接，以其圆心为对称点相互形成120°夹角。第一 LTCC陶瓷介质层3 该层位于LTCC铁氧体层2的上面，采用8张长度为 18. Omm,宽度为16. 0mm，厚度为100 μ m，相对介电常数为7. 8，损耗角正切值为0. 006的 LTCC三氧化二铝流延膜片叠片而成。在这层陶瓷介质的适当位置处进行激光打孔制作三个圆形通孔，并采用银浆进行填孔以制作金属填孔7，其半径为0. 5mm,高度为0. 8mm ；在该层陶瓷介质上表面的适当位置处，采用银浆印刷第二微带电路8，其三个矩形微带分支尺寸相同，长度和宽度分别为7. 9mm和1. 7mm，厚度为10 μ m ；第二微带电路8和第一微带电路6 通过金属填孔7进行连接，从而可以分别与外界三个微波端口连接进行馈电。第二 LTCC陶瓷介质层4 该层位于第一 LTCC陶瓷介质层3的上面，采用2张长度CN 102544663 A
为18. 0mm，宽度为16. 0mm，厚度为100 μ m，相对介电常数为7. 8，损耗角正切值为0. 006的 LTCC三氧化二铝流延膜片叠片而成，具有保护内层微带电路的作用。上述各部分的尺寸和材料的性能参数通过导纳斜率法进行计算获得初值，然后采用三维电磁仿真软件HFSS建立器件模型并进行仿真实验，经过参数优化后获得最终值。优化后获得器件的反射S11、隔离度S21、插入损耗S31及驻波比VSWR与工作频率之间的关系如图5和图6所示。上述各部分的尺寸和材料的性能参数通过导纳斜率法进行计算获得初值，然后采用三维电磁仿真软件HFSS建立器件模型并进行仿真实验，经过参数优化后获得最终值。优化后获得器件的反射S11、隔离度S21、插入损耗S31及驻波比VSWR与工作频率之间的关系如图5和图6所示。
权利要求
1.一种LTCC叠层微带铁氧体环行器，包括金属接地层(1)、LTCC铁氧体层O)、第一 LTCC陶瓷介质层(3)、第二 LTCC陶瓷介质层0)、中心结(5)、第一微带电路(6)、金属填孔 (7)、第二微带电路(8)；金属接地层(1)位于LTCC铁氧体层O)的下表面；中心结(5)与第一微带电路(6)都位于LTCC铁氧体层O)的上表面；第二微带电路(8)位于第一 LTCC 陶瓷介质层C3)的上表面，可以分别与三个外接端口连接进行馈电；金属填孔(7)穿过第一 LTCC陶瓷介质层C3)将位于不同基片材料上的第一微带电路(6)和第二微带电路(8)连接起来，形成三维的叠层结构；第二 LTCC陶瓷介质层(4)在第一 LTCC陶瓷介质层C3)及第二微带电路(8)的上面，具有保护内层电路的作用。
2.根据权利要求1所述的LTCC叠层微带铁氧体环行器，其特征在于，所述第一微带电路(6)包括三个互成120°夹角的矩形微带分支，分别与圆形中心结( 形成连接。
3.根据权利要求1所述的LTCC叠层微带铁氧体环行器，其特征在于，所述第二微带电路(8)包括三个矩形微带分支，分别通孔三个圆形金属填孔(7)与第一微带电路(6)的三个矩形微带分支进行连接。
4.根据权利要求1所述的LTCC叠层微带铁氧体环行器，其特征在于，所述LTCC铁氧体层( 采用自偏置微波铁氧体材料，其性能由环行器的性能及尺寸要求确定。
5.根据权利要求1所述的LTCC叠层微带铁氧体环行器，其特征在于，所述第一LTCC陶瓷介质层( 采用三氧化二铝陶瓷材料，其相对介电常数范围在2 20之间。
6.根据权利要求1所述的LTCC叠层微带铁氧体环行器，其特征在于，所述金属接地层 (1)、中心结( 、第一微带电路(6)、金属填孔(7)及第二微带电路(8)的材料采用金、银或银钯合金等具有高电导率的金属。
全文摘要
本发明公开了一种LTCC叠层微带铁氧体环行器，属于微波技术中的微带铁氧体环行器领域。该环行器包括金属接地层、LTCC铁氧体层、第一LTCC陶瓷介质层、第二LTCC陶瓷介质层、中心结、第一微带电路、金属填孔及第二微带电路。第一微带电路与中心结位于LTCC铁氧体层的上表面，并形成连接；第二微带电路位于第一LTCC陶瓷介质层的上表面，可与三个外接端口连接进行馈电；金属填孔穿过第一LTCC陶瓷介质层将第一微带电路和第二微带电路连接起来，形成三维叠层结构。本发明采用三维结构设计，微带电路分布在不同类型的基片材料上，突破了现有微带铁氧体环行器的结构缺点和设计缺点，实现了与LTCC技术和组件的兼容。
文档编号H01P1/387GK102544663SQ20121000962
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者彭龙, 朱兴华 申请人:彭龙