专利名称：一种小型化隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于移动电话等通讯器材上的隔离器，尤其是涉及一种小型化 隔离器。
背景技术：
随着移动电话的小型化发展趋势，其重量和厚度的减小均越来越快，由此引起移 动电话内部所使用隔离器的小型化也大有加速之势。国外5mm见方的隔离器已得到广泛应 用，而4mm、3. 5mm甚至3. Omm见方的隔离器也已经开始出现。同时，实际加工制造过程中不 仅隔离器设计师关注隔离器的小型化，移动电话设计师也很重视。可是众所周知隔离器的 小型化必然影响带宽，因而隔离器的小型化与带宽宽度不能同时兼备，很难将两者同时进 行改善。
集总参数隔离器是在三端口环形器的其中一个端口上加匹配负载而组成的，上述 三端口环行器的基本结构是一个石榴石盘上加装合金永磁材料钐钴(SmCo)偏置，并且合 金永磁材料钐钴(SmCo)偏置中覆盖着三个彼此各成120度的Y形中心导体。为了获得一 个小尺寸的隔离器，每一个构成元素石榴石、合金永磁材料钐钴(SmCo)和电容都得小型 化。一个带并行LC谐振电路的理想环行器相当于一个低通滤波器B = 2^VLC ,那么传输特 性的带宽随着电感量的越来越小将变得很窄，因而电感量L也正比于石榴石的尺寸。因此 如果减小石榴石盘的尺寸，则电感量L随之减小，带宽也相应地降低。综上，如何在减小石榴石盘与合金永磁材料钐钴(SmCo)尺寸的同时，保证隔离器 的带宽不随之降低，这正是目前隔离器小型化设计面临的一大难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种小型化隔 离器，其结构简单、体积小、加工制作方便、非常适合批量生产且设计新颖合理、使用效果 好，在大幅度小型化隔离器的同时，能保证隔离器有足够的带宽。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种小型化隔离器，包括一个端 口上接有负载的三端口环形器，所述三端口环形器包括外部腔体、石榴石盘、由钐钴永磁材 料合金制成且含有偏置磁场的钐钴永磁体以及布设在所述钐钴永磁体和所述石榴石盘之 间的Y形中心导体，所述石榴石盘、Y形中心导体和所述钐钴永磁体由下至上封装在所述外 部腔体内，所述钐钴永磁体安装在所述石榴石盘上，其特征在于所述三端口环形器的等效 电路包括三个分别接在三端口环形器的三个端口上且均由电感L和电容C组成的LC阻抗 匹配电路，且所述三端口环形器的三个端口上分别接有一个由电感Li和电容Ci并联组成的 LC并联谐振电路，三个所述LC并联谐振电路的阻抗分别为三个所述LC阻抗匹配电路阻抗 的共轭匹配阻抗，其中Li = μ K, μ为所述石榴石盘的磁导率，且K为所述石榴石盘的空芯 电感；所述LC阻抗匹配电路中的电感L2= (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ_1)，电容C2= (1/ω Z0)2 (Ζ0/Ζ-1), 其中ω = 2 π f(i，fQ为所述LC并联谐振电路的谐振频率，Z和Ztl分别为所述LC阻抗匹配电路的输入阻抗和输出阻抗。所述Y形中心导体通过沉淀工艺蚀刻在所述石榴石盘上。本发明与现有技术相比具有以下优点1、结构简单、体积小且加工制作方便，能实现全自动化生产线，免于人工干预，极 大地降低了成本，加快了批量生产的速度，交货周期也大大缩短。2、设计新颖合理且使用效果非常好，增加LC阻抗匹配电路，将足够的电容量放进 封装在外部腔体中，即使石榴石盘的尺寸减少1/10，也可以保证隔离器有足够的带宽(甚 至在减少石榴石体积到十分之一的情况下，通过增加LC阻抗匹配电路的匹配电路即LC并 联谐振电路增加13%的带宽)，从而实现隔离器的小型化。3、实用价值高，推广应用前景广泛。
综上所述，本发明结构简单、体积小、加工制作方便、非常适合批量生产且设计新 颖合理、使用效果好，在大幅度小型化隔离器的同时，能保证隔离器有足够的带宽。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的等效电路图。图2为本发明LC阻抗匹配电路中的电感L和电容C在谐振频率f0处的分布关系 图。图3为本发明未带匹配电路时模拟得到的石榴石盘尺寸减少与带宽的展宽效果 图。图4为本发明带匹配电路时模拟得到的石榴石盘尺寸减少与带宽的展宽效果图。图5为本发明通过模拟电路获得的石榴石盘尺寸减少与带宽改变的关系图。图6为本发明电容C和Ci与Ζ/%在&处的关系图。图7为本发明LC阻抗匹配电路的电路原理图。附图标记说明1-三端口环形器。
具体实施例方式如图1及图7所示，本发明，包括一个端口上接有负载的三端口环形器1，所述三 端口环形器1包括外部腔体、石榴石盘、由钐钴永磁材料合金制成且含有偏置磁场的钐钴 永磁体(SmCo)以及布设在所述钐钴永磁体和所述石榴石盘之间的Y形中心导体，所述石榴 石盘、Y形中心导体和所述钐钴永磁体由下至上封装在所述外部腔体内，所述钐钴永磁体安 装在所述石榴石盘上。所述三端口环形器1的等效电路包括三个分别接在三端口环形器1 的三个端口上且均由电感L和电容C组成的LC阻抗匹配电路，且所述三端口环形器1的三 个端口上分别接有一个由电感Li和电容Ci并联组成的LC并联谐振电路；三个所述LC并联 谐振电路的阻抗分别为三个所述LC阻抗匹配电路阻抗的共轭匹配阻抗，其中Li= μ K，μ 为所述石榴石盘的磁导率，且K为所述石榴石盘的空芯电感；所述LC阻抗匹配电路中的电 感 P= (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ_1)，电容C 2 = (1/ωΖ。)2(Ζ。/Ζ_1)，其中 ω = 2 π f。，f。为所述 LC 并 联谐振电路的谐振频率，Z和Ztl分别为所述LC阻抗匹配电路的输入阻抗和输出阻抗。具体而言三个所述LC阻抗匹配电路包括三个分别串接在三端口环形器1三个端口上的电感L 和三个一端分别与三个电感L相接且另一端均接地的电容C，三端口环形器1的三个端口分 别经电感L后输出且其输出端经电容C后接地。三个所述LC阻抗匹配电路中的电容C和 电感L的数值对应均相同，三个所述LC并联谐振电路中的电感Li和电容Ci的数值对应均 相同。三个所述LC并联谐振电路的一端分别与三端口环形器1的三个端口相接，且其另一 端均接地。因而，若三端口环形器1工作在谐振频率&处时，由于三个所述LC并联谐振电 路的阻抗分别与三个所述LC阻抗匹配电路的阻抗彼此相抵消(具体是阻抗的虚部相互抵 消)，因而能够有效展宽三端口环形器1的频带。本实施例中，所述Y形中心导体通过沉淀工艺蚀刻在所述石榴石盘上。就整个等效电路来说，ζ和Ztl均为所述LC阻抗匹配电路的所接负载额等效输出阻抗即所述LC阻抗 匹配电路的特性阻抗。首先，对所述LC阻抗匹配电路进行分析可知，由于L2 = (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ-1)，电容 C2 = (1/(0 2(1)2(2(1/2-1)，则当2/2(1 = 0.5，电感1^达到最大值1^&叉。本实施例中，Lmax = (3979 X IO6) /f0,且 f0 = 836MHz。结合图2可见，电感L有个最大值4. 76nH,随着取的不断越小，电容C也越来越 大，上述趋势对设计小型匹配电路非常有用，因为在小型空间内很难设计小型的电感，但是 比较容易产生大电容，因而选用一个高电介质材料并应用多层结构减少电容的厚度。所述石榴石盘的尺寸由其空心电感K(代表一个变量)表示(来自于IEEE相关文 献资料)，为优化隔离器期望设计一个归一化的ο =2磁场。如果操作频率&、特性阻抗 Z、石榴石盘的饱和磁场4 π Ms预先确定，则K的值(即石榴石盘的尺寸)也会自动确定。当 三端口环形器1的特性阻抗为Ztl = 50 Ω时，所述石榴石盘的空芯电感值表示为Ktl ；当三端 口环形器1的特性阻抗为Ζ(阻抗值为变量)时，所述石榴石盘的空芯电感值为Κ(电感值 为变量)，则K/KQ = Z/Z0的关系保持为常数。结合图3和图4，当fQ = 836MHz，空芯电感K。 =1. 6nH, Z0 = 50 Ω , μ r = 1, μ t = 0· 5，Φ = 0. 8,4 JiMs = 900G 时，获得 σ = 2· 1 和 w =5.2%，此处带宽定义为20dB隔离损耗的频率范围，其中μ,和μ t均为铁氧体的填充因 子，并且Φ是一个圆极化占有率。另一方面，图5中的实线表明，所述三端口环行器1中所 述石榴石盘的尺寸缩至原有尺寸的十分之一，且当K = 0. 16ηΗ，所述LC阻抗匹配电路的输 出和输入阻抗分别为50Ω和5Ω时，所述石榴石盘中的归一化域σ = 2. 1。从图5中可见，虽然所述石榴石盘的尺寸减少到十分之一，插损带宽变得更宽并 且隔离损耗为双集中特性，得到的特定带宽超过13%，并且展宽效应在高频段特别大。具体 而言，水平轴表示阻抗变化率即Ζ/%，垂直轴表示特定带宽，内部场保持σ =2.1不变。随 着阻抗变化率Ζ/%的减少，特定带宽逐渐增加，并且在十分之一处有一个最大值。对LC阻 抗匹配电路来说，这个最大值点要求L = 2. 72ηΗ且C = 12. IpF,展宽效应在比值小于0. 3 时非常明显。结合图6，所述LC并行谐振电路中电容量Ci值反比于阻抗变化率Ζ/%，随着阻抗 变化率Ζ/Α的不断减少，电容量Ci变得更大。特别地，在Ζ/Α = 0. 1时，所需电容Ci的值 超过IOOpF,因此为实现超小型隔离器，电容的最小化是很重要。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内 。
权利要求
一种小型化隔离器，包括一个端口上接有负载的三端口环形器(1)，所述三端口环形器(1)包括外部腔体、石榴石盘、由钐钴永磁材料合金制成且含有偏置磁场的钐钴永磁体以及布设在所述钐钴永磁体和所述石榴石盘之间的Y形中心导体，所述石榴石盘、Y形中心导体和所述钐钴永磁体由下至上封装在所述外部腔体内，所述钐钴永磁体安装在所述石榴石盘上，其特征在于所述三端口环形器(1)的等效电路包括三个分别接在三端口环形器(1)的三个端口上且均由电感L和电容C组成的LC阻抗匹配电路，且所述三端口环形器(1)的三个端口上分别接有一个由电感Li和电容Ci并联组成的LC并联谐振电路；三个所述LC并联谐振电路的阻抗分别为三个所述LC阻抗匹配电路阻抗的共轭匹配阻抗，其中Li＝μK，μ为所述石榴石盘的磁导率，且K为所述石榴石盘的空芯电感；所述LC阻抗匹配电路中的电感L2＝(Z/ω)2(Z0/Z-1)，电容C2＝(1/ωZ0)2(Z0/Z-1)，其中ω＝2πf0，f0为所述LC并联谐振电路的谐振频率，Z和Z0分别为所述LC阻抗匹配电路的输入阻抗和输出阻抗。
2.按照权利要求1所述的一种小型化隔离器，其特征在于所述Y形中心导体通过沉 淀工艺蚀刻在所述石榴石盘上。
全文摘要
本发明公开了一种小型化隔离器，包括一个端口上接有负载的三端口环形器，三端口环形器包括外部腔体、石榴石盘、安装在石榴石盘上且含有偏置磁场的合金永磁材料钐钴以及布设在合金永磁材料钐钴和所述石榴石盘之间的Y形中心导体；三端口环形器的等效电路为三个分别接在三端口环形器的三个端口上且均由电感L和电容C组成的LC阻抗匹配电路，三端口环形器的三个端口上分别接有一个由电感Li和电容Ci并联组成的LC并联谐振电路且三个LC并联谐振电路的阻抗分别与三个LC阻抗匹配电路的阻抗相抵消。本发明结构简单、体积小、加工制作方便、非常适合批量生产且设计新颖合理、使用效果好，大幅度小型化隔离器的同时，能保证隔离器有足够带宽。
文档编号H01P1/365GK101834329SQ201010171110
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者崔庆生, 郑国敏 申请人:西安俊采电子科技有限公司