Ka波段基片集成波导隔离器的制作方法

本发明属于微波器件
技术领域：
，涉及一种微波铁氧体器件，具体涉及一种ka波段基片集成波导隔离器。
背景技术：
：铁氧体隔离器是一种单向传输电磁波的器件，当电磁波沿正向传输时，可以将微波信号发出，而当电磁波反向传输时，则对微波信号产生非常大的衰减，这种单向传输的特性可以用于隔离负载变动对信号源的影响，被广泛应用于雷达、微波通信和微波测量等领域。常见的隔离器有微带隔离器和波导隔离器。微带隔离器是一种平面结构的器件，容易实现电路的平面集成，但是功率容量小，并且在ka波段微带结构的器件存在较大的辐射损耗，使得微带隔离器的损耗较大(通常大于0.8db)；波导隔离器具有功率容量大、损耗小的优点，但其不易与其它微波平面电路集成使用。基片集成波导传输线可以在介质基片上实现电磁波在矩形波导中的传输特性，使得这种类型的器件兼具波导器件和微带器件的优点：高功率容量、低插损、低辐射、小型化和易集成等。将基片集成波导传输线用于铁氧体隔离器的设计中，能够满足目前雷达和微波通信系统对铁氧体隔离器低损耗、高功率和平面化可集成的需求。目前，关于基片集成波导隔离器的报道较少，报道较多的是基片集成波导环行器。两者的区别在于环行器有三个端口，隔离器有两个端口，在环行器的任意一个端口接上负载就变成了隔离器，两者的损耗水平、功率水平都是相同的。中国专利201410261607.5公开了一种工作中心频率在37.5ghz的基片集成波导环行器，其采用双面覆铜微波介质板作为基片材料，将铁氧体片安装在覆铜微波介质板中，器件工作带宽能够达到6.5ghz，损耗小于0.5db。中国专利201410775242.8公开了一种基片集成波导环行器，其采用印制电路板作为介质基板，周期性的圆形金属化通孔构成基片集成波导传输线，在34.3ghz～37.3ghz实现了优于0.7db插入损耗的ka波段基片集成波导环行器。技术实现要素：本发明的目的是提供一种段ka波段基片集成波导隔离器，以解决ka波段的微带隔离器损耗大、承受功率低，波导隔离器体积大、难以平面化集成的问题，提供一种兼具高功率容量、低插损、易平面集成的高性能隔离器。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种ka波段基片集成波导隔离，包括金属底座、介质基片、铁氧体片、陶瓷垫片和永磁体，介质基片上下表面覆有金属层；介质基片包含三个基片集成波导，基片集成波导由介质基片上设置的两个平行的第一通孔、两个平行的第一通孔之间的介质基片和介质基片上下表面的金属层构成；介质基片上设置有用于容纳铁氧体片的第二通孔；介质基片的上表面设置有三个匹配微带线。进一步地，介质基片由微波陶瓷材料或半导体材料制成。进一步地，三个基片集成波导之间互成120°角。进一步地，三个匹配微带线中的第一个和第二个匹配微带线由线性渐变微带线构成，第三个匹配微带线由基片集成波导的出口处延伸至薄膜电阻。进一步地，铁氧体片通过胶粘工艺固定于介质基片上的第二通孔中。进一步地，铁氧体片与介质基片在胶粘工序前通过抛光技术打磨处理。进一步地，金属层通过金属镀膜的方式镀覆在铁氧体片与介质基片的表面。进一步地，铁氧体片的上方通过胶粘固定有陶瓷垫片；陶瓷垫片的上方通过胶粘固定有永磁体。进一步地，铁氧体片与介质基片通过下表面的金属层焊接或胶粘固定于金属底座上。进一步地，第一通孔为矩形通孔，介质基片厚度为0.25mm，介质基片的介电常数约为9.8；铁氧体片呈圆形，直径1.35mm，采用镍系铁氧体材料制成，介电常数13.3，饱和磁化强度4900gs。本发明的有益效果如下：一、采用基片集成波导的传输线形式能够有效的降低器件在ka波段的辐射损耗，均匀分布通过器件的微波能量，相比于微带隔离器能够实现更小的插入损耗，承受更大的功率；二、采用矩形金属化通孔构成基片集成波导，相比于采用周期性的圆形金属化通孔构成的基片集成波导，更易加工，能够使器件结构更为紧凑。此外，周期性的圆形金属化通孔会造成少量电磁波泄露，而采用矩形金属化通孔能够避免电磁波泄露，有益于降低器件的损耗；三、采用陶瓷材料或半导体材料作为介质基片，相比于采用聚四氟乙烯等微波介质板作为介质材料具有更高的强度，同时通孔能够采用干/湿法刻蚀加工或激光加工或机械钻孔加工的方式实现，通孔成型的加工方式的更灵活、精度更高；四、通过胶粘工艺将抛光后的铁氧体片与介质基片固定，能够保证铁氧体片与介质基片的紧密结合，实现铁氧体片与介质基片的一体化，有利于后续的微带电路制备和器件的装配，更易于实现器件的批量生产。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本发明实施例的一种ka波段基片集成波导隔离器的分解图。图2为本发明实施例的一种ka波段基片集成波导隔离器的立体结构示意图。附图标记说明：10—金属底座；20—介质基片；30—铁氧体片；40—陶瓷垫片；50—永磁体；21—基片集成波导；22—匹配微带线；23—薄膜电阻。图中的虚线区域代表相应附图标记所代表的准确位置。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明所述的一种ka波段基片集成波导隔离器，进行详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。一种ka波段基片集成波导隔离器，如图1和图2所示，包括金属底座10、介质基片20、铁氧体片30、陶瓷垫片40和永磁体50，介质基片20双面覆有金属层；介质基片20包含三个基片集成波导21，基片集成波导21由介质基片上设置的两个平行的第一通孔、两个平行的第一通孔之间的介质基片20和介质基片20上下表面的金属层构成；介质基片20上设置有用于容纳铁氧体片30的第二通孔；介质基片20的上表面设置有三个匹配微带线22。三个匹配微带线22中的第一个和第二个匹配微带线22由线性渐变微带线构成，第三个匹配微带线22由基片集成波导21的出口处延伸至薄膜电阻。第一通孔为矩形金属化通孔。具体的，本发明的介质基片20上设置有圆形的第二通孔，圆形的铁氧体片30被嵌入第二通孔内，通过硅橡胶与第二通孔的内壁胶粘固定。铁氧体片30与介质基片20在胶粘工序前通过抛光技术打磨处理，以适用于表面薄膜电路的制备。介质基片20上设置有六个第一通孔；第一通孔为矩形金属化通孔，两两之间相邻并相通，相邻的两个矩形金属通孔之间形成的朝向介质基片20边缘的夹角为120°。两个相互平行的矩形金属化通孔、通孔之间的介质基片20以及介质基片20上下表面的金属层共同构成了一个基片集成波导21；三个基片集成波导21之间互成120°角。铁氧体片30与介质基片20的上下表面通过金属镀膜和光刻技术分别设置有连续的金属层和微带电路。本发明的ka波段基片集成波导隔离器，兼具波导与微带隔离器的双重优点，具有低插损、高功率容量、小型化和易于平面化集成的优势。本发明采用矩形金属化通孔构成基片集成波导，相比于采用周期性的圆形金属化通孔构成的基片集成波导，更易加工，能够使器件结构更为紧凑，还能够避免电磁波泄露，有益于降低器件的损耗。在本发明中，介质基片20由陶瓷材料或半导体材料制成。陶瓷材料可以但不限定为氧化铝、钛酸镁或钛酸钡；半导体材料可以但不限定为硅、锗或碳化硅。本发明采用氧化铝、钛酸镁、钛酸钡等陶瓷材料或硅、锗、碳化硅等半导体材料作为介质基片20，相比于采用聚四氟乙烯等微波介质板作为介质材料具有更高的强度，通孔成型的加工方式的更灵活、精度更高。例如，圆形通孔和矩形通孔可以采用干/湿法刻蚀加工或激光加工或机械钻孔加工的方式实现。具体的，当选用硅、锗、碳化硅等半导体材料作为介质基片20时，能够通过干法/湿法腐蚀工艺实现通孔成型；当选用氧化铝、钛酸镁、钛酸钡等微波介质陶瓷作为介质基片20时，能够通过激光加工或机械钻孔加工实现通孔成型。下面通过具体的实例说明本发明的ka波段基片集成波导隔离器的实施效果，片集成波导隔离器的结构参数及材料参数如下：基片集成波导隔离器工作于ka波段，中心频率35ghz；介质基片20由氧化铝陶瓷制成，介质基片20厚度为0.25mm，介质的介电常数约为9.8；第一通孔采用机械钻孔加工工艺在介质基片上制作而成；第二通孔为圆形，直径为1.4mm；铁氧体片30呈圆形，直径1.35mm，采用镍系铁氧体材料制成，介电常数13.3，饱和磁化强度4900gs；永磁体50采用钐钴永磁体。器件装配时，陶瓷垫片40通过胶粘固定于铁氧体片30的上方，永磁体50通过胶粘固定于陶瓷垫片40的上方，铁氧体片30与介质基片20的下表面通过铅锡焊料被焊接于金属底座上10，或胶粘于金属底座上10。ka波段基片集成波导隔离器适用于表面贴装技术，并通过金丝、金带键合与外部微波电路连接。上述ka波段基片集成波导隔离器的性能指标如下表：工作频率34ghz～36ghz插入损耗≤0.45db隔离度≥20db驻波系数≤1.25db温度范围-55℃～85℃从上表可知，本发明的ka波段基片集成波导隔离器的插入损耗低至0.45db，同时具有很好的驻波系数和隔离度。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12