一种浮位式宽带集总参数环行器的制作方法

本发明涉及微波元器件领域，尤其涉及一种浮位式宽带集总参数环行器。

背景技术：

1、l波段穿透地表的能力优异，适合地内波的探测，受到各国军方的青睐。当前各国都在加快l波段天基预警雷达的研发部署，美国已开展了l波段天基预警雷达系统（llsbr）的技术演练，已经完成了地面演示验证和关键技术攻关，对相控阵雷达核心器件环行器提出了轻量化的系统要求。目前，天基预警系统用l波段环行器主要为带线结构设计，尺寸基本在25.4mm×25.4mm×7.6mm，该设计形式耐受功率高，但尺寸大难以达到星载轻量化要求。l波段预警雷达的对系统中具备小型化和高功率耐受特征的集总参数环行器/隔离器需求更加迫切。

2、目前在星载l波段环行器小型化上当前已进行了一些探索，一般的设计如图1所示，主要包括上盖板1、腔体2、磁铁3、补偿片4、接地板5；陶瓷嵌套铁氧体6、中心导体7、陶瓷嵌套铁氧体8、接地板9和pcb板10，其各部分功能如下：（1）镀镍铁上盖板，为器件提供相对磁路封闭，同时与腔体配合固定器件内部零件；（2）镀镍铁腔体，为器件提供相对磁路封闭，同时固定器件内部零件；（3）磁铁，为铁氧体提供外加磁场；（4）补偿片，采用铁镍合合金制作，具备温度下磁场调控功能；（5）和（9）为镀镍的铁片，为铁氧体提供良好的接地和磁场回路；（6）和（8）为陶瓷嵌套铁氧体，提供旋磁特性，同时降低中心导体结区尺寸；（7）中心导体，采用黄铜制作，为器件提供信号传输通道。上述器件尺寸如图2所示，其尺寸为φ18×8mm，重量在10g左右，难以满足后续星载轻量化要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种浮位式宽带集总参数环行器，以解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种浮位式宽带集总参数环行器，包括从上至下依次设置的上金属外壳、锶恒磁、中心导体模组、多层电路板和下金属外壳，其中，所述中心导体模组还匹配设置有匹配电容电感，所述多层电路板上还嵌设有高导热陶瓷。

3、上述部件中，所述上金属外壳和下金属外壳为器件提供封闭磁路，所述锶恒磁为器件提供外加的恒定磁场和温度补偿功能，所述中心导体模组为电路的非互易结，起能量环行作用，所述匹配电容电感与中导模组构成lc回路，所述高导热陶瓷双面焙银构成浮位匹配电容和高效导热通道，所述多层电路板作用为信号传输提供传输路线，同时为内部元件焊接安装提供载体，也为高导热陶瓷提供限位。

4、本发明主要是采用集总参数设计替代分布式参数设计，集总参数环行器相比分布参数环行器最主要的区别在于前者采用集总的电感、电容替代了分布参数中用以作为匹配段的微带线、带线等传输线，如此可大幅度缩小器件尺寸。集总参数环行器按照中心结的电位不同可以分为两大类：一类是“零位”式，非互易结直接接地（即与环行器外壳相接），另一类则是“浮位式”，非互易结和电容等电抗元件相连，通过它们与地连接，本发明涉及的集总参数环行器即为“浮位”式。

5、作为优选的技术方案，所述中心导体模组即为电路的非互易结，包括铁氧体、中心导体和外围的匹配电路，其中，所述匹配电路包括三部分，第一部分为紧挨非互易结的对地并联电容cd1、cd2、cd3，第二部分为连接在电容cd1、cd2、cd3外的三个l串联c回路，第三个部分为非互易结上对地直接连接的ld1串联cd5的串联回路，中心的非互易结上还额外对地并联一个电容cd4（实际上cd4为用一种高导热陶瓷和上下焙银面构成的平板电容）。

6、作为优选的技术方案，所述上金属外壳和下金属外壳均为铁制的金属外壳。

7、作为优选的技术方案，所述高导热陶瓷上下两面均设置焙银层。

8、作为优选的技术方案，其特征在于，所述高导热陶瓷的导热率为80～225w/(m*k)。

9、作为进一步优选的技术方案，所述高导热陶瓷可选自氮化铝、氮化硅、氧化铍中的一种，为单一成分陶瓷，本发明中材料为宜宾红星电子公司的相对应陶瓷。采用低介电常数高导热系数材料作为热传输通道和相应的匹配电容。

10、作为优选的技术方案，所述高导热陶瓷为圆形。利于后续装配和电路板加工。

11、本发明提出的基于中心导体模组通过高导热陶瓷浮位接地和带宽拓展设计，可适用于天基预警卫星领域的集总参数隔离器、环行器的设计，可实现器件小型化以及高功率耐受。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明相比传统分布式参数设计可大幅度降低器件的尺寸和重量，具体而言，目前l波段分布参数环行器典型尺寸为16mm×15mm×6mm，本发明中的集总参数环行器尺寸约为5mm×5mm×2.5mm，可实现小尺寸下满足星载环行器功率要求，同时设计带宽相比现有市面上成熟的小型化集总参数环行器拓展约3倍。

技术特征：

1.一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于,包括从上至下依次设置的上金属外壳（11）、锶恒磁（12）、中心导体模组（13）、多层电路板（16）和下金属外壳（17），其中，所述中心导体模组（13）还匹配设置有匹配电容电感（14），所述多层电路板（16）上还嵌设有高导热陶瓷（15）。

2.根据权利要求1所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述中心导体模组（13）即为电路的非互易结，包括铁氧体、中心导体和外围的匹配电路，其中，所述匹配电路包括三部分，第一部分为紧挨非互易结的对地并联电容cd1、cd2、cd3，第二部分为连接在电容cd1、cd2、cd3外的三个l串联c回路，第三个部分为非互易结上对地直接连接的ld1串联cd5的串联回路，中心的非互易结上还额外对地并联一个电容cd4。

3.根据权利要求1所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述上金属外壳（11）和下金属外壳（17）均为铁制的金属外壳。

4.根据权利要求1所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述高导热陶瓷（15）上下两面均设置焙银层（151）。

5.根据权利要求1所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述高导热陶瓷（15）的导热率为80～225w/(m*k)。

6.根据权利要求5所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述高导热陶瓷（15）选自氮化铝、氮化硅、氧化铍中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种浮位式宽带集总参数环行器，其特征在于，所述高导热陶瓷（15）为圆形。

技术总结
本发明公开了一种浮位式宽带集总参数环行器，属于微波元器件领域，包括从上至下依次设置的上金属外壳（11）、锶恒磁（12）、中心导体模组（13）、多层电路板（16）和下金属外壳（17），其中，所述中心导体模组（13）还匹配设置有匹配电容电感（14），所述多层电路板（16）上还嵌设有高导热陶瓷（15）；本发明传统设计可大幅度降低器件的尺寸和重量，可实现小尺寸下满足星载环行器功率要求，同时相比传统集总参数环行器带宽得到了大幅度拓展。

技术研发人员：张华峰,杨勤,胡艺缤,何海洋,冯楠轩,赵春美
受保护的技术使用者：西南应用磁学研究所（中国电子科技集团公司第九研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29