本发明属于微波无源器件领域，涉及一种基于ltcc工艺的复合铁氧体宽带环行器。背景介绍环行器是一种无源、非互易磁性器件，能够控制电磁波单向环行传输。当前通讯系统的需求是宽带化及小型化，现有的环行器通常不能同时满足这两种要求，一般带宽较窄，体积大，不符合低成本、小型化、高性能及高集成化的趋势。为实现更高带宽的环行器，可以采用周界模理论。选择饱和磁化强度从中心到外围梯度渐变复合铁氧体嵌套结构，即中心为高饱和磁化强度的铁氧体圆柱，铁氧体圆柱外围再嵌套低饱和磁化强度的铁氧体圆环，电磁场在铁氧体圆柱和圆环的交界面上形成周界模，有助于实现铁氧体环行器的超宽带化。ltcc技术是一种多层布线基板技术，将未烧结的流延陶瓷膜片叠层在一起而制成的多层电路，内有印制互连导体、元件和电路，并将该结构烧成一个集成式陶瓷多层材料的高密度微电子组件技术。ltcc技术的封装密度高、射频特性好、可靠性高等优点有助于克服现有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铁氧体环行器。现有技术存在的缺陷主要有以下几点：带宽窄：现有的环行器通常不能满足宽带化的需求，因为传统的环行器设计往往限制了器件的工作频率范围，导致其在宽带应用中的性能不理想。体积大：传统的环行器通常具有较大的体积，使得它们难以适应现代通信系统对小型化的需求。性能与集成化水平相对较低：现有的环行器设计往往无法达到低成本、高性能及高集成化的标准，无法满足如今通信系统整体高密度集成的发展趋势。这主要是由于传统的环行器设计方法无法实现高效的射频特性优化和高密度集成。急需解决的技术问题主要有以下几点：如何实现宽带化：宽带化是现代通信系统的重要需求。因此，如何设计和实现具有更宽带宽的环行器是当前的重要技术挑战。如何实现小型化：随着移动设备和物联网设备的普及，对通信设备体积的要求越来越小。因此，如何设计和实现体积更小的环行器是另一个重要的技术挑战。如何提高性能并实现高度集成：现代通信系统需要高性能、低成本的环行器。此外，为了适应微型化和集成化的趋势，环行器必须能够与其他微型电子设备集成在一起。因此，如何设计和实现性能更高、成本更低、更易集成的环行器是当前的重要技术挑战。
背景技术：
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于ltcc工艺的复合铁氧体宽带环行器，突破目前环行器高带宽与小型化不可兼容的限制，实现了小型化与超宽带化等优良性能。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、一种基于ltcc工艺的复合铁氧体宽带环行器，包括中心导体、中心铁氧体圆柱、铁氧体环、陶瓷介质板、第一金属接地层、第一导体过孔金属填孔、第一ltcc多层介质板、第二导体过孔金属填孔、第二金属接地层、第二ltcc多层介质板及第三金属接地层；
4、所述中心铁氧体圆柱2外套铁氧体环3，构成复合铁氧体结构，并嵌入陶瓷介质板4中；
5、所述第一ltcc多层介质板从上到下分别为第一介质板上板、第一带线电路、第一接地过孔金属填孔、第一介质板下板；
6、所述第二ltcc多层介质板从上到下分别为第二介质板上板、第二带线电路、第二接地过孔金属填孔、第二介质板下板。
7、中心导体位于铁氧体与陶瓷介质板上表面，通过金属化过孔与第一带线电路连接。第一金属接地层位于陶瓷介质板下表面，并与位于第一ltcc多层介质板下表面的第二金属接地层、第二ltcc多层介质板下表面的第三金属接地层通过金属化过孔进行连接。第一带线电路与第二带线电路通过金属化过孔连接，形成三维叠层结构。第二带线电路与外部端口连接实现馈电。
8、上述方案中，所述铁氧体采用复合结构，中心铁氧体圆柱嵌套于铁氧体圆环中央，其中，中心铁氧体圆柱采用高饱和磁化强度的微波铁氧体材料，其相对介电常数为13～14，4πms为2200～3000gs，外围铁氧体环采用低饱和磁化强度的高介电常数低温烧结微波铁氧体材料，其相对介电常数为22～28，4πms为800-1200gs，采用的陶瓷介质板介电常数为5～10，介电损耗在0.005以下，所有陶瓷材料(包括介质陶瓷和旋磁铁氧体)的烧结温度为880～900℃。烧结温度为880～900℃。
9、上述方案中，所述第一、二带线电路利用叠层结构置于铁氧体下方，通过金属化过孔与中心导体进行连接。
10、上述方案中，所述第一、二、三金属接地层通过金属化过孔相连接。
11、上述方案中，所述中心导体、带线电路、金属填孔、第一、二、三金属接地层的材料采用金、银或银钯合金等具有高电导率的金属。
12、本发明基于ltcc(低温共烧陶瓷)工艺的复合铁氧体宽带环行器具有以下显著的技术进步：
13、本发明实现了高性能材料的综合应用：通过综合使用高饱和磁化强度的微波铁氧体和低饱和磁化强度的高介电常数低温烧结微波铁氧体，实现了铁氧体材料性能的优化。这有助于提高环行器的电磁性能和工作范围。
14、本发明实现了精确的电磁匹配：由于采用了复合铁氧体结构和高精度的陶瓷介质板，电磁匹配得到了明显改善，从而提高了信号传输的质量和效率。
15、本发明实现了极低的介电损耗：使用的陶瓷介质板具有低介电损耗(0.005以下)，大大减小了电磁波在传输过程中的损失，提高了环行器的工作效率。
16、高温稳定性：所有陶瓷材料的烧结温度为880～900℃，确保了在高温环境下也能保持稳定的电磁性能。
17、本发明实现了优化的电路设计：第一、二带线电路采用叠层结构并通过金属化过孔与中心导体进行连接，简化了电路设计的匹配复杂度同时也减小了装置体积。
18、本发明实现了高电导率材料：中心导体、带线电路、金属填孔和金属接地层采用具有高电导率的金、银或银钯合金，进一步降低了电阻和损耗。
19、本发明实现了模块化和一体化设计：通过ltcc多层陶瓷介质板的应用，实现了电路和铁氧体材料的高度集成，有助于降低生产成本和提高可靠性。
20、本发明不仅在电磁性能、稳定性和效率方面取得了显著进步，还在设计和材料应用上展示了高度的创新性和实用性。这些进步使得该复合铁氧体宽带环行器在通信、雷达和其他电子设备中有着更广泛和高效的应用前景。
21、本发明在复合结构铁氧体的基础上，将基于ltcc工艺的带状传输线有效结合，实现多节阻抗匹配的立体化，大幅提升带宽，有效减小环行器体积，实现器件的小型化。
22、此外，本发明还具备以下优点和积极效果：
23、1)小型化:该器件采用复合铁氧体和三维叠层结构，实现了小型化设计，其尺寸仅为8mm×8mm×2.52mm。
24、2)超宽带性能:在3ghz～13ghz频率范围内，隔离度和回波损耗的性能均达到了优秀的水平。
25、3)多节阻抗匹配:设计考虑了多节阻抗匹配，进一步优化了宽带性能。
26、4)高性能参数:在所述频率范围内，隔离度超过-12db，回波损耗小于-12db，插入损耗大于-1.5db。
27、5)材料和工艺优化:通过使用高性能的尖晶石铁氧体和yig铁氧体，以及ltcc陶瓷技术，实现了上述高性能。
28、6)仿真与优化:设计参数通过先进的三维电磁仿真软件hfss进行了优化，确保最终产品能达到预定的性能指标。
29、综上所述，该环行器设计能在一定程度上满足小型化和超宽带的要求，同时保持高性能。这对各种高频率、宽带和小型化应用，如通信、雷达和电子战等领域有重要的应用价值。