CN106252802A - 基于平面化谐振耦合结构的yig带阻滤波器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器及制作方法，其中滤波器包括YIG带阻滤波器和驱动器，所述YIG带阻滤波器包括谐振腔，及设置在谐振腔内的平面化谐振耦合结构、为谐振腔提供稳定磁场的永磁偏置磁路、激励线圈。本发明采用在GGG玻璃正面设YIG薄膜、YIG薄膜上溅射光刻有一共面波导电路的方式，形成平面谐振耦合结构，代替了传统的环球立体耦合结构的YIG带阻谐振耦合结构，也就克服了该传统结构所存在的技术缺陷。加工工艺中，根据需要制成的产品形状，先将YIG薄膜光刻成需要的外形，再沿外形切割GGG玻璃；克服了直接对基于GGG基片的YIG薄膜切割易导致YIG薄膜崩边或者破损的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器及制作方法，尤其涉及一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器及制作方法。
背景技术
磁调谐YIG带阻滤波器是一类十分重要的电子元器件，在军用电子战领域具有广阔的应用前景。磁调谐YIG带阻滤波器通常用在宽带接收机前端部分实现微波信号阻隔功能，可传输有用信号抑制干扰信号，保护接收机正常工作。由于调谐范围宽，抑制度高，调谐线性度好，相比其它技术途径而言，使用磁调谐YIG带阻滤波器不仅能大幅度提高军用电子装备的整体技战指标，更是单只器件即可完成原本该由众多带阻滤波器组合才能完成的滤波功能，因而能大大简化整机设计。
磁调谐YIG带阻滤波器在具有上述优点的同时，也具有很多的缺点，那就是体积大、重量重、功耗高。这主要是因为滤波器的核心谐振子结构目前只能采用立体环球耦合结构，结构复杂YIG谐振子尺寸偏大，需要磁化的区域范围随之变大，导致磁化能量高。
另外，多级环球谐振耦合结构的实现，只能依赖手工工艺，特别是亚毫米级的YIG小球安装和耦合线圈绕制焊接，均只能在显微镜下以手工方式完成。纯手工工艺完成亚毫米及以下尺寸的高精细操作，必然是难度大、人为因素多、一致性不好、可靠性低，要求操作人员必须具有极高的业务能力和职业素养。另外，因采用纯手工工艺，处于核心地位的多级环球谐振耦合结构无法大幅度缩小，使得工作气隙大，直接导致器件很难实现小体积、低功耗。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能实现了YIG谐振耦合结构的平面化、紧凑化，并且工艺高精度可控，大幅度缩小、减轻和降低磁调谐YIG带阻滤波器的体积、重量和功耗，并有效突破了该类器件因手工制作人为因素导致的一致性差和装调效率低下的工艺瓶颈问题的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器及制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，包括YIG带阻滤波器和驱动器，所述YIG带阻滤波器包括谐振腔，及设置在谐振腔内的平面化谐振耦合结构、为谐振腔提供稳定磁场的永磁偏置磁路、激励线圈；
所述谐振腔由聚酰亚胺材料制成，包括RF输入端和RF输出端；
所述平面化谐振耦合结构包括YIG薄膜电路基板和位于其两侧的微波传输电路基板，所述YIG薄膜电路基板包括一GGG玻璃，所述GGG玻璃正面设有YIG薄膜，YIG薄膜上表面溅射光刻有一共面波导电路；所述微波传输电路基板为为陶瓷基板，且陶瓷基板上溅射光刻有共面波导电路；所述YIG薄膜电路基板和微波传输电路基板通过导电胶固定在谐振腔内，并通过金丝焊接的方式相互连接；
所述永磁偏置磁路包括永磁偏置和带极柱磁路，所述磁路为自屏蔽磁路，永磁偏置通过高温环氧与磁路，激励线圈套接在磁路的极柱上，激励线圈的两个端子与驱动器的输出端连接，驱动器为激励线圈提供驱动电流，结合永磁偏置磁路对YIG薄膜提供连续可调的激励磁化达到铁磁共振条件，且当满足铁磁共振条件时，微波射频信号能从到RF输入端进入，并从RF输出端输出。
作为优选：所述GGG玻璃下表面的四个转角处，均为导45度圆角结构。
作为优选：所述GGG玻璃背面设有温补电路，所述温补电路由PTC电阻组成，焊接在GGG玻璃上，与外接电源相连。
作为优选：所述永磁偏置磁路是由铁镍合金和钐钴永磁共同构成的。
作为优选：所述YIG薄膜上的共面波导电路为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路为50欧姆共面波导电路。
一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器的制作方法，包括以下步骤：
（1）制作YIG薄膜电路基板和微波传输基板；
其中，制作YIG薄膜电路基板方法为：
（11）选取一块GGG玻璃为基体，通过液相外延工艺，在GGG玻璃上生长YIG薄膜；
（12）根据需要制成的产品形状，先将YIG薄膜光刻成需要的外形，再沿外形切割GGG玻璃；
（13）在YIG薄膜上溅射光刻共面波导电路；
制作YIG薄膜电路基板方法为，选择两块陶瓷基板，并在陶瓷基板上溅射光刻共面波导电路；
（2）YIG薄膜电路基板和微波传输基板用导电胶粘接在谐振腔内，YIG薄膜电路和微波传输电路使用金丝焊接的方式进行连接；
（3）在谐振腔内安装永磁偏置磁路，并将激励线圈安装在永磁偏置磁路的极柱上，并用缩醛胶液粘接固定，线圈的两个端子与驱动器的两个输出端相连。
作为优选：所述步骤（13）还包括：在GGG玻璃背面制作温补电路。
作为优选：所述YIG薄膜上的共面波导电路为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路为50欧姆共面波导电路。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
采用平面化带阻谐振耦合结构的滤波器，可以实现YIG滤波器的谐振耦合结构的紧凑化设计，平面化设计；工作气隙较传统减小1/3以上，器件调谐灵敏度大幅度提高，从而有利于YIG带阻滤波器的小型化和低功耗，具有很强的实用价值。
2.采用平面化带阻谐振耦合结构的滤波器，替代传统的漆包线耦合环结构，勿须进行复杂的耦合环手工焊接装配，降低了对工艺人员的素质要求，其工艺可操作性、精度、效率和一致性均得到大幅度提高，对YIG器件批量化生产具有很强的实用价值。
本发明中，采用GGG玻璃、GGG玻璃正面设YIG薄膜、YIG薄膜上溅射光刻有一共面波导电路的方式，形成平面谐振耦合结构，代替了传统的环球立体耦合结构的YIG带阻谐振耦合结构，也就克服了该传统结构所存在的技术缺陷。
GGG玻璃下表面的四个转角处，均为导45度圆角结构，是因为YIG薄膜的边缘反射对器件性能的影响很大，所以YIG薄膜和GGG基片在传播方向上切去45度角（如图3），这样抑制了边缘发射，改善器件性能。
加工工艺中，根据需要制成的产品形状，先将YIG薄膜光刻成需要的外形，再沿外形切割GGG玻璃；克服了直接对基于GGG基片的YIG薄膜进行切割，容易导致YIG薄膜崩边或者破损的缺陷。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为平面化谐振耦合结构示意图；
图3为YIG薄膜电路基板结构图；
图4为早期YIG薄膜带阻谐振耦合结构图；
图5为 GGG玻璃上的YIG薄膜切割示意图。
图中：1、磁路；2、永磁偏置；3、平面化谐振耦合结构；4、激励线圈；5、驱动器腔体；6、驱动电路；7、SMA连接器；8、导线；9、GGG玻璃；10、YIG薄膜；11、共面波导电路；12、YIG薄膜电路基板；13、微波传输基板；14、谐振腔；15、微波介质基板；16、粘胶剂。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图3，一种基于平面化谐振耦合结构3的YIG带阻滤波器，包括YIG带阻滤波器和驱动器，所述YIG带阻滤波器包括谐振腔14，及设置在谐振腔14内的平面化谐振耦合结构3、为谐振腔14提供稳定磁场的永磁偏置磁路、激励线圈4；
所述谐振腔14由聚酰亚胺材料制成，包括RF输入端和RF输出端；
所述平面化谐振耦合结构3包括YIG薄膜电路基板12和位于其两侧的微波传输电路基板，所述YIG薄膜电路基板12包括一GGG玻璃9，所述GGG玻璃9正面设有YIG薄膜10，YIG薄膜10上表面溅射光刻有一共面波导电路11；所述微波传输电路基板为为陶瓷基板，且陶瓷基板上溅射光刻有共面波导电路11；所述YIG薄膜电路基板12和微波传输电路基板通过导电胶固定在谐振腔14内，并通过金丝焊接的方式相互连接；
所述永磁偏置磁路包括永磁偏置2和带极柱磁路1，所述磁路1为自屏蔽磁路1，永磁偏置2通过高温环氧与磁路1，激励线圈4套接在磁路1的极柱上，激励线圈4的两个端子与驱动器的输出端连接，驱动器为激励线圈4提供驱动电流，结合永磁偏置磁路对YIG薄膜10提供连续可调的激励磁化达到铁磁共振条件，且当满足铁磁共振条件时，微波射频信号能从到RF输入端进入，并从RF输出端输出。
本实施例中：所述GGG玻璃9下表面的四个转角处，均为导45度圆角结构；所述GGG玻璃9背面设有温补电路，所述温补电路由PTC电阻组成，焊接在GGG玻璃9上，与外接电源相连；所述永磁偏置磁路是由铁镍合金和钐钴永磁共同构成的，所述YIG薄膜10上的共面波导电路11为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路11为50欧姆共面波导电路11。高阻抗共面波导电路的阻抗高低与滤波特性有关。
本实施例中，驱动器由驱动器腔体5和驱动电路6构成，驱动器与激励线圈4的连接，是由导线8连接驱动电路6和激励线圈4来实现的， YIG带阻滤波器的微波输入和输出端口，我们采用SMA连接器7。
一种基于平面化谐振耦合结构3的YIG带阻滤波器的制作方法，括以下步骤：
（1）制作YIG薄膜电路基板12和微波传输基板13；
其中，制作YIG薄膜电路基板12方法为：
（11）选取一块GGG玻璃9为基体，通过液相外延工艺，在GGG玻璃9上生长YIG薄膜10；
（12）根据需要制成的产品形状，先将YIG薄膜10光刻成需要的外形，再沿外形切割GGG玻璃9；
（13）在YIG薄膜10上溅射光刻共面波导电路11，在GGG玻璃9背面制作温补电路；
制作YIG薄膜电路基板12方法为，选择两块陶瓷基板，并在陶瓷基板上溅射光刻共面波导电路11；
（2）YIG薄膜电路基板12和微波传输基板13用导电胶粘接在谐振腔14内，YIG薄膜10电路和微波传输电路使用金丝焊接的方式进行连接；
（3）在谐振腔14内安装永磁偏置磁路，并将激励线圈4安装在永磁偏置磁路的极柱上，并用缩醛胶液粘接固定，线圈的两个端子与驱动器的两个输出端相连。
本实施例中：所述YIG薄膜10上的共面波导电路11为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路11为50欧姆共面波导电路11。高阻抗共面波导电路的阻抗高低与滤波特性有关。
本发明中，通过液相外延等工艺，在GGG玻璃9上生长YIG薄膜10，通过特殊切割工艺，将YIG薄膜10基板切割成需要的外形；通过磁控溅射，光刻等工艺在YIG薄膜10上制作共面波导电路11，形成集GGG玻璃9，YIG薄膜10，共面波导电路11为一体的平面谐振耦合结构，以此替代传统的环球立体耦合结构的YIG带阻谐振耦合结构；而且该工艺也不同于前期的结构中：微波基板上制作微带电路，再使用粘接剂将YIG薄膜10粘接在微带电路。
基于GGG玻璃9的YIG薄膜10切割工艺，如果直接对基于GGG基片的YIG薄膜10进行切割，容易导致YIG薄膜10崩边或者破损，因此需要对YIG薄膜10先进行光刻，刻蚀出需要的外形，再进行切割，相当于切割时只对GGG基片切割。
基片边缘倒角工艺，因为YIG薄膜10的边缘反射对器件性能的影响很大，所以YIG薄膜10和GGG基片在传播方向上切去45度角，这样抑制了边缘发射，改善器件性能。
另外参见图4，为早期YIG薄膜10带阻谐振耦合结构，该结构是使用粘胶剂16将基于GGG基板的YIG薄膜10和使用微波介质基板15制作的微带电路粘接在一起。该结构使用的粘接剂对微波性能有一定影响，而且粘接剂的量和粘接位置是人为控制，一致性较差。
参见图5，本发明对YIG薄膜10进行切割时，先将YIG薄膜10层刻蚀出需要的尺寸，如图所示，矩形阴影部分为需要的YIG薄膜10部分。这种先刻蚀再切割的工艺可以避免切割时对YIG薄膜10的损伤，YIG薄膜10易碎，受应力易崩边破碎。
Claims (8)
1.一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，包括YIG带阻滤波器和驱动器，其特征在于：所述YIG带阻滤波器包括谐振腔，及设置在谐振腔内的平面化谐振耦合结构、为谐振腔提供稳定磁场的永磁偏置磁路、激励线圈；
所述谐振腔由聚酰亚胺材料制成，包括RF输入端和RF输出端；
所述平面化谐振耦合结构包括YIG薄膜电路基板和位于其两侧的微波传输电路基板，所述YIG薄膜电路基板包括一GGG玻璃，所述GGG玻璃正面设有YIG薄膜，YIG薄膜上表面溅射光刻有一共面波导电路；所述微波传输电路基板为为陶瓷基板，且陶瓷基板上溅射光刻有共面波导电路；所述YIG薄膜电路基板和微波传输电路基板通过导电胶固定在谐振腔内，并通过金丝焊接的方式相互连接；
所述永磁偏置磁路包括永磁偏置和带极柱磁路，所述磁路为自屏蔽磁路，永磁偏置通过高温环氧与磁路，激励线圈套接在磁路的极柱上，激励线圈的两个端子与驱动器的输出端连接，驱动器为激励线圈提供驱动电流，结合永磁偏置磁路对YIG薄膜提供连续可调的激励磁化达到铁磁共振条件，且当满足铁磁共振条件时，微波射频信号能从到RF输入端进入，并从RF输出端输出。
2.根据权利要求1所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，其特征在于：所述GGG玻璃下表面的四个转角处，均为导45度圆角结构。
3.根据权利要求1所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，其特征在于：所述GGG玻璃背面设有温补电路，所述温补电路由PTC电阻组成，焊接在GGG玻璃上，与外接电源相连。
4.根据权利要求1所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，其特征在于：所述永磁偏置磁路是由铁镍合金和钐钴永磁共同构成的。
5.根据权利要求1所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器，其特征在于：所述YIG薄膜上的共面波导电路为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路为50欧姆共面波导电路。
6.一种基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制作YIG薄膜电路基板和微波传输基板；
其中，制作YIG薄膜电路基板方法为：
（11）选取一块GGG玻璃为基体，通过液相外延工艺，在GGG玻璃上生长YIG薄膜；
（12）根据需要制成的产品形状，先将YIG薄膜光刻成需要的外形，再沿外形切割GGG玻璃；
（13）在YIG薄膜上溅射光刻共面波导电路；
制作YIG薄膜电路基板方法为，选择两块陶瓷基板，并在陶瓷基板上溅射光刻共面波导电路；
（2）YIG薄膜电路基板和微波传输基板用导电胶粘接在谐振腔内，YIG薄膜电路和微波传输电路使用金丝焊接的方式进行连接；
（3）在谐振腔内安装永磁偏置磁路，并将激励线圈安装在永磁偏置磁路的极柱上，并用缩醛胶液粘接固定，线圈的两个端子与驱动器的两个输出端相连。
7.根据权利要求6所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述步骤（13）还包括：在GGG玻璃背面制作温补电路。
8.根据权利要求6所述的基于平面化谐振耦合结构的YIG带阻滤波器的制作方法，其特征在于：所述YIG薄膜上的共面波导电路为高阻抗共面波导电路，且陶瓷基板上的共面波导电路为50欧姆共面波导电路。
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