专利名称：一种c波段大功率环形器及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种C波段 大功率环形器及其制作工艺。
背景技术：
环形器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件，环形器的类型有多种，按工作原理分为结型环形器、法拉第旋转式环形器、差相移式环形器等。相对其它环形器，结型环形器可兼顾小体积与大功率的要求，还具有损耗小，频带宽，技术比较成熟等优点。结型环形器按参数又分为集中参数式和分布参数式。集中参数仅适用于微波低频段(P波段)。分布参数带线型环形器能满足C波段需求，这类环形器按工作类别又可分为高场和低场，高场意味着使用的直流偏置场高于共振吸收所需的磁场；低场意味着使用的直流偏置场低于共振吸收所需的磁场。图4是铁氧体损耗和磁场关系示意图，从图4可以看出，环形器磁场有三种工作区，分别是低场区、共振吸收区、高场区。共振吸收区仅适用于一些共振吸收式器件，如共振吸收式隔离器，而环形器通常都工作在低场区或者高场区。确定选用高场或者低场，主要由下列因素决定(I)工作频率范围；(2)体积能否满足要求(随着工作频率的降低，要求的体积越大);(3)功率因素，有利于散热，有利于克服峰值功率引起的非线性效应。非线性效应的产生来源于自旋波的不稳定激发，当通过环形器的微波场(h)高于激发自旋波的临界场00，即h>hc时，则会出现铁磁共振的非线性效应。图5为非线性效应示意图，图5中实线为常规铁氧体损耗与磁场关系曲线，虚线和点划线为出现非线性效应后的铁氧体损耗与磁场关系曲线。此时整个低场区，不仅损耗增大，而且出现一副峰，并使主峰变宽，峰值减小。高场环形器设计由于工作内场的归一化值σ > 1，即在磁共振场以上工作，所以只适用于较低微波频率下工作，例如L波段以下，若超过此频率，由于工作磁场太大，器件体积变大反而变得不实用。低场环形器设计低场环形器的工作磁场远低于谐振场，尽管外磁场较强致使材料趋近于饱和下工作，但由于退磁场的作用内场接近于零，故在设计时可令σ =0，而归一化磁距P = k/uo基于以上所述，在微波低频段(L波段以下)，选用高场区有利；在微波高频段(S波段以上)，选用低场区有利。本发明环形器工作频率位于C波段，在微波高频段(S波段以上)，因此选用低场设计方案。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，解决了非线性效应和大功率下打火、击穿等问题，采用低场设计，生产工艺简单，有利于批量生产，具有外形轻小，方便安装，易于加工，装配的一致性和可靠性，功率容量高，工作温度范围宽(-40 +70°C )，温度性能好，降低了成本等优点。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种C波段大功率环形器，它由腔体、磁路板、永磁体、中心导体、铁氧体旋磁片和盖板组成，腔体四周分别设置一块磁路板，形成一个闭合磁路，盖板紧固安装于腔体上，腔体由结构对称的上、下两个腔体组成，上、下腔体相连处设有中心导体，上、下腔体内从外到内均依次设有永磁体、接地片和铁氧体旋磁片，上、下腔体内的两片铁氧体旋磁片分别外夹于中心导体两侧，腔体内铁氧体旋磁片顶部与腔体顶部边缘之间设有中心导体过渡段，中心导体过渡段包覆于中心导体外，中心导体过渡段内填充有一层或多层介质。 所述的磁路板为L型磁路板；所述的介质为聚四氟乙烯介质。一种C波段大功率环形器制作工艺，它包括以下装配旋磁片、旋磁片装配高度检验、装配中心导体、装配永磁体、测试/调试、固化六个步骤；SI :装配旋磁片首先将检验合格的铁氧体旋磁片、接地片按从内到外的顺序分别装配，装配完成后通过介质进行定位固定，定位固定后用介质环固定后分别放入上、下腔体的旋磁孔内；S2 :旋磁片装配高度检验检测上、下腔体的不平度是否控制在O. 02mm内，检测两边腔体的最高点高度减去铁氧体旋磁片高度相加所得的值是否比中心导体的厚度值小O. 02 O. 03mm ；S3 :装配中心导体将检验合格的中心导体装配于上、下腔体的两片铁氧体旋磁片之间；S4 :装配永磁体将检验合格的永磁体分别连接装配于上、下腔体内的接地片上；S5 :测试/调试测试环形器的至少包括插入损耗、反向隔离、电压驻波比在内的三个内控指标，判断是否符合指标需求，并针对测试达不到内控指标要求的产品进行原因分析，若返工率达到设定值，则停止生产，待找到具体原因和解决方法后才恢复生产；S6 :固化采用室温硫化型硅橡胶作为粘接物质，把检验合格的永磁体粘接于腔体内，粘接前首先用高纯度的无水酒精仔细清洗永磁体和腔体的粘接面，其次，在二者的粘接面上均匀的涂抹上硅橡胶，再次，把二者贴合起来，并稍稍施加压力，最后，放置120分钟以上。一种C波段大功率环形器制作工艺，它还包括筛选、质量一致性检验、包装入库步骤。本发明的有益效果是(I)本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，具有功率容量高，工作温度范围宽(-40 +70°C )，温度性能好，采用低场设计，生产工艺简单，有利于批量生产，降低了成本等优点；(2)本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，为了避免环形器在大功率下产生功率泄露，在环形器磁路屏蔽的设计上，环形器上、下及四周加上导磁率很高的纯铁片Q235材料，使磁性干扰的影响降低到最小，与此同时，各零件接触紧密，接地良好；(3)本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，填充介质采用开模冲压，以固定铁氧体旋磁片在腔体孔的中心，以保证较好的同轴度，同时也保证了铁氧体旋磁片与填充介质之间无缝隙，防止中心导体和铁氧体旋磁片的接触面处与内腔体壁产生压降，对其打火；(4)本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，选用内禀矫顽力高，温度性能优良的偏置磁场，并对中心导体进行改进，使得无需对中心导体进行调试；(5)本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，在装配过程中采用专用定位工装，消除了人为因素造成的偏差，保证装配的一致性，测试过程中若发现返工率达到设定值，则停止生产，将不合格率降到最低。
图I为本发明的俯视局部剖视图；图2为本发明的侧视剖视图；图3为本发明的流程图；图4为铁氧体损耗和磁场关系不意图；图5为非线性效应示意图；图中，I-腔体，2-磁路板，3-永磁体，4-中心导体，5-铁氧体旋磁片，6_盖板，7_接地片,8-中心导体过渡段，9-介质，10-上腔体，11-下腔体。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图I、图2所示，一种C波段大功率环形器，它由腔体I、磁路板2、永磁体3、中心导体4、铁氧体旋磁片5和盖板6组成，腔体I四周分别设置一块磁路板2，形成一个闭合磁路，盖板6紧固安装于腔体I上，腔体I由结构对称的上、下两个腔体组成，上、下腔体相连处设有中心导体4，上、下腔体内从外到内均依次设有永磁体3、接地片7和铁氧体旋磁片5，上、下腔体内的两片铁氧体旋磁片5分别外夹于中心导体4两侧，腔体I内铁氧体旋磁片5顶部与腔体I顶部边缘之间设有中心导体过渡段8，中心导体过渡段8包覆于中心导体4夕卜，中心导体过渡段8内填充有一层或多层介质9，所述的磁路板2为L型磁路板，所述的介质9为聚四氟乙烯介质。如图3所示，一种C波段大功率环形器制作工艺，它包括以下装配旋磁片、旋磁片装配高度检验、装配中心导体、装配永磁体、测试/调试、固化六个步骤；SI :装配旋磁片首先将检验合格的铁氧体旋磁片、接地片按从内到外的顺序分别装配，装配完成后通过介质进行定位固定，定位固定后用介质环固定后分别放入上、下腔体的旋磁孔内，保证了上、下旋磁片的同轴度及可靠性；S2 :旋磁片装配高度检验检测上、下腔体的不平度是否控制在O. 02mm内，检测 两边腔体的最高点高度减去铁氧体旋磁片高度相加所得的值是否比中心导体的厚度值小
O.02 O. 03mm,以保证在装配时不会出现铁氧体旋磁片有压碎、裂现象，如果以上两点尺寸偏差过大，不仅增加测试/调试工作量，且会影响电性能指标，本发明采用了自制的百分表工装来进行测量，保证装配尺寸满足工艺要求，在装配时保证腔体中铁氧体旋磁片孔和铁氧体旋磁片的干净，无杂物；S3 :装配中心导体将检验合格的中心导体装配于上、下腔体的两片铁氧体旋磁片之间；S4 :装配永磁体将检验合格的永磁体分别连接装配于上、下腔体内的接地片上；S5 :测试/调试测试环形器的至少包括插入损耗、反向隔离、电压驻波比在内的三个内控指标，内控指标要求插入损耗< O. 27dB，反向隔离彡22dB,电压驻波比< I. 17，判断是否符合指标需求，并针对测试达不到内控指标要求的产品进行原因分析，若返工率达到设定值，则停止生产，待找到具体原因和解决方法后才恢复生产；
S6 :固化采用室温硫化型硅橡胶作为粘接物质，把检验合格的永磁体粘接于腔体内，粘接前首先用高纯度的无水酒精仔细清洗永磁体和腔体的粘接面，其次，在二者的粘接面上均匀的涂抹上硅橡胶，再次，把二者贴合起来，并稍稍施加压力，最后，放置120分钟以上。一种C波段大功率环形器制作工艺，它还包括筛选、质量一致性检验、包装入库步骤。一、技术指标实现技术指标的实现主要是铁氧体旋磁片的性能所决定的。铁氧体旋磁片即要保证电气性能指标，又要保证承受大功率。所以铁氧体旋磁片要选择大功率系列，同时在铁氧体旋磁片上采用单面镀银工艺，以保证其良好的接地性。环形器在微波集成电路中会对周围磁敏感元器件产生影响；同时外部磁场也会对环形器产生影响。另外为达到环形器所需的偏置磁场，必须提高环形器磁路效率，减少磁泄漏。环形器磁屏蔽设计是在环形器腔体的上下及四周都加上导磁率很高的纯铁片Q235材料，来形成一个闭合磁路，尽可能使永磁体能量集中在环形器内部。另外环形器各零件间一定要有良好、紧密的接触，接地要良好。二、材料选用环形器所采用的材料应符合GJB 1065A-2004的规定。主要有以下材料(I)铁氧体旋磁片选用大功率牌号。并且单面镀银，以保证大功率下的插入损耗小，环形器发热最小化；(2)环形器铝结构腔体导电氧化，其余壳体镀镍铬处理；(3)永磁体选用内禀矫顽力较好的Y系列材料。三、工艺实现(I)采用介质开模，以固定旋磁片位置在腔体旋磁片孔的中心；(2)设计、加工相关的工装、夹具保证三端口的对称性和一致性，比如中心导体定位工装，以保证中心导体的位置装正。四、环境适应性选用内禀矫顽力较好的Y系列材料永磁体，并且采用双面磁体，保障偏置磁场的均匀性，同时适应环境要求。腔体导电氧化，磁路板、盖板镀铬，提高了产品的防腐蚀能力。五、可靠性这种结构的环形器，主要零件为腔体、盖板及磁路片，机械加工方便。内部零件都进行固定，能够经受冲击、振动等机械试验。腔体导电氧化，磁路板、盖板镀铬，提高了产品的防腐蚀能力。六、解决非线性效应问题
在交付用户初样之前，为了使环形器兼顾常温、低温、高温性能指标，选用了饱和磁矩为1200GS的旋磁圆片，装配、调试环形器6只，全部合格。随机抽取3只进行三温、功率摸底，测试数据见表I :表I三温、功率摸底数据(4 31 Ms 1200Gs)
权利要求
1.一种C波段大功率环形器，其特征在于它由腔体(I)、磁路板(2)、永磁体(3)、中心导体(4)、铁氧体旋磁片(5)和盖板(6)组成，腔体(I)四周分别设置一块磁路板(2)，形成一个闭合磁路，盖板(6)紧固安装于腔体(I)上，腔体(I)由结构对称的上、下两个腔体组成，上、下腔体相连处设有中心导体(4)，上、下腔体内从外到内均依次设有永磁体(3)、接地片(7)和铁氧体旋磁片(5)，上、下腔体内的两片铁氧体旋磁片(5)分别外夹于中心导体(4)两侦牝腔体(I)内铁氧体旋磁片(5)顶部与腔体(I)顶部边缘之间设有中心导体过渡段(8)，中心导体过渡段(8)包覆于中心导体(4)外，中心导体过渡段(8)内填充有一层或多层介质(9)。
2.根据权利要求I所述的一种C波段大功率环形器，其特征在于所述的磁路板(2)为L型磁路板。
3.根据权利要求I所述的一种C波段大功率环形器，其特征在于所述的介质(9)为聚四氟乙烯介质。
4.一种C波段大功率环形器制作工艺，其特征在于它包括以下装配旋磁片、旋磁片装配高度检验、装配中心导体、装配永磁体、测试/调试、固化六个步骤； 51:装配旋磁片首先将检验合格的铁氧体旋磁片、接地片按从内到外的顺序分别装配，装配完成后通过介质进行定位固定，定位固定后用介质环固定后分别放入上、下腔体的旋磁孔内； 52:旋磁片装配高度检验检测上、下腔体的不平度是否控制在0. 02mm内，检测两边腔体的最高点高度减去铁氧体旋磁片高度相加所得的值是否比中心导体的厚度值小0. 02 0.03mm ； 53:装配中心导体将检验合格的中心导体装配于上、下腔体的两片铁氧体旋磁片之间； 54:装配永磁体将检验合格的永磁体分别连接装配于上、下腔体内的接地片上； 55:测试/调试测试环形器的至少包括插入损耗、反向隔离、电压驻波比在内的三个内控指标，判断是否符合指标需求，并针对测试达不到内控指标要求的产品进行原因分析，若返工率达到设定值，则停止生产，待找到具体原因和解决方法后才恢复生产； 56:固化采用室温硫化型硅橡胶作为粘接物质，把检验合格的永磁体粘接于腔体内，粘接前首先用高纯度的无水酒精仔细清洗永磁体和腔体的粘接面，其次，在二者的粘接面上均匀的涂抹上硅橡胶，再次，把二者贴合起来，并稍稍施加压力，最后，放置120分钟以上。
5.根据权利要求4所述的一种C波段大功率环形器制作工艺，其特征在于它还包括筛选、质量一致性检验、包装入库步骤。
全文摘要
本发明公开了一种C波段大功率环形器及其制作工艺，其工艺包括装配旋磁片、旋磁片装配高度检验、装配中心导体、装配永磁体、测试/调试、固化六个步骤。本发明提供一种C波段大功率环形器及其制作工艺，解决了非线性效应和大功率下打火、击穿等问题，采用低场设计，生产工艺简单，有利于批量生产，具有外形轻小，方便安装，易于加工，装配的一致性和可靠性，功率容量高，工作温度范围宽(－40～＋70℃)，温度性能好，降低了成本等优点。
文档编号H01P11/00GK102629705SQ201210128448
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者高真平 申请人:成都泰格微波技术股份有限公司