CN106785295A - 一种磁电双可调微波延迟线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小型化可调微波器件，具体的说是涉及一种基于静磁表面波技术利用磁电层合结构实现的磁电双可调微波延迟线。本发明的一种磁电双可调微波延迟线，包括磁电层合结构、微波换能器和微波基板；所述磁电层合结构由压电材料和磁致伸缩材料使用有机胶粘结构成；其中，磁电层合结构中的磁致伸缩材料置于微波换能器上并固定磁电层合结构；所述微波换能器制作于微波基板上；所述微波基板采用微波介质材料。本发明的有益效果为，克服现有技术的缺陷，提供基于磁电层合结构的磁电双可调微波延迟线。该延迟线具有调节范围大、速度快、能耗小、体积小、重量轻、损耗低、抗干扰性强的特点，具有精度高、可靠性高、成本低廉易实现等优点。

Description

一种磁电双可调微波延迟线

技术领域

本发明涉及小型化可调微波器件，具体的说是涉及一种基于静磁表面波技术利用磁电层合结构实现的磁电双可调微波延迟线。

背景技术

微波延迟线是一种在各类微波系统中广泛使用的无源器件，其指标的好坏直接影响着微波系统整机的性能，而可调微波延迟线在其中有着广泛的应用空间。目前可调微波延迟线主要有同轴电缆可调延迟线，声体波可调延迟线，光纤光波导可调延迟线。其中同轴电缆可调延迟线不易与其它微波器件集成设计，延迟调节难以实现，当延迟时间较长时损耗极大，并且难以减小体积和重量；声体波可调延迟线在设计时需要宽带响应平坦的双端换能器，并且工作频率低，应用范围受限；光纤光波导可调延迟线实现延迟调节设计复杂，成本高。相对于上述可调微波延迟线，基于压电/铁磁复合磁电材料的静磁自旋波原理实现的磁电双可调微波延迟线的磁可调本质是通过改变外加偏磁场来改变铁磁材料静磁表面波传输性能，从而改变静磁表面波群延时实现延迟调节；同时，在磁可调的基础上，磁电层合结构利用乘积效应通过机械弹力将两相材料的作用相互耦合，产生磁电耦合效应，使其静磁表面波传输性能改变，由此实现其微波延迟电调节。该种可调微波延迟线具有调节范围大、速度快、能耗小、体积小、易实现等优点，有望成为下一代主流可调微波延迟线。

发明内容

本发明提供一种磁电双可调微波延迟线，目的是克服现有技术的缺陷，提供基于磁电层合结构的磁电双可调微波延迟线。该延迟线具有调节范围大、速度快、能耗小、体积小、重量轻、损耗低、抗干扰性强的特点，具有精度高、可靠性高、成本低廉易实现等优点。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种磁电双可调微波延迟线，其特征在于，包括磁电层合结构1、微波换能器2和微波基板3；所述磁电层合结构由压电材料4和磁致伸缩材料5使用有机胶粘结构成，其中，磁致伸缩材料5位于压电材料4上表面；所述微波换能器2设置在微波基板3上表面；所述磁电层合结构1位于两片微波基板3之间，且磁电层合结构1中的磁致伸缩材料5的两端固定在微波换能器2上表面，两片微波基板3及位于微波基板3上的微波换能器2以压电材料4的中心线呈对称分布；所述微波基板3采用微波介质材料形成。

进一步的，所述压电材料4为矩形，并在上下表面上镀有金属薄膜电极6，在金属薄膜电极6上焊有金属导线；磁致伸缩材料5的形状为三角形、矩形、梯形和平行四边形中的一种。

所述的压电材料为铌镁锆钛酸铅(PMN-PT)或锆钛酸铅(PZT)，磁致伸缩材料为生长在钆镓石榴石(GGG)基底上的钇铁石榴石(YIG)薄膜。

所述微波换能器由在微波基板的上表面通过光刻腐蚀法或丝网印刷法作出金属微带线制作获得。

所述的微波基板采用的微波介质材料为氧化铝。

所述的金属薄膜电极为铜电极或银电极。

所述的金属薄膜电极施加外部电压。

所述的钇铁石榴石(YIG)薄膜置于偏置磁场中且磁场方向平行于钇铁石榴石(YIG)薄膜。

所述的金属微带线由输入端口微带线和输出端口微带线两条微带线组成。

与现有技术相比，本发明的优势是：

相对于传统的微波延迟线，以磁电层合材料为核心的磁电双可调微波延迟线具有速度更快、体积更小、能耗更低、噪声更小等优点；其次，本发明克服了传统微波延迟线工作频段不可调或可调工作频带单一，无法在小频段范围内精确调节等缺点，在保证大频段磁场粗调的前提下，可以通过电调进行小频段的准确调节。磁场调节和电场调节之间工作独立，不会相互干扰。并且，对于不同的磁致伸缩材料和压电材料的组合，微波延迟线工作频率偏移量和延迟效果也会存在很大差异。总而言之，磁电多铁性材料因其在新型多功能磁电器件和设备应用中的优越性能和技术保障，基于该材料的磁电微波延迟线有着非常良好的发展前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的磁电层合结构示意图；

图3是本发明的微波换能器示意图；

图4是本发明延迟效果示意图。

所有附图中附图标记为：1-磁电层合结构，2-微波换能器，3-微波基板，4-压电材料，5-磁致伸缩材料，6-在压电材料的上下表面镀的金属电极，7-钆镓石榴石(GGG)基底，8-生长在钆镓石榴石(GGG)基底上的钇铁石榴石(YIG)薄膜，5由7和8共同构成，9-在微波基板上表面通过光刻腐蚀法或丝网印刷法作出金属微带线，10-输入端口微带线，11-输出端口微带线，9由10和11共同构成。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

本发明的一种磁电双可调微波延迟线，如图1所示，包括磁电层合结构、微波换能器和微波基板；所述磁电层合结构由压电材料和磁致伸缩材料使用有机胶粘结构成；其中，磁电层合结构中的磁致伸缩材料置于微波换能器上并固定磁电层合结构；所述微波换能器制作于微波基板上，如图3所示,微波基板采用氧化铝微波基板，尺寸为15mm×10mm×0.5mm，输入端输出端各一片；如图2所示,所述压电材料为矩形，尺寸为10mm×5mm×0.5mm，并在两边镀有金属银薄膜电极，在电极上焊有金属导线；磁致伸缩材料为生长在0.5mm厚GGG基底上的钇铁石榴石YIG薄膜，形状采用直角三角形，尺寸为11mm×3mm×0.02mm，。所述的压电材料为铌镁锆钛酸铅PMN-PT；如图3所示，所述微波换能器由在微波基板的上表面通过丝网印刷法制备特征阻抗为50欧姆的金属微带线获得，用做信号的传输线和换能器，输入端口和输出端口各印制一条。

一种所述的磁电双可调微波延迟线的调节方法，当微波信号由输入端口输入，利用电磁铁向所述的延迟线施加特定外部偏置磁场时(平行于YIG薄膜)，YIG薄膜会激发出静磁表面波，静磁表面波是静磁波的一种，静磁波的群速、相速具有磁控可调性，传播速率比电磁波低2-4个数量级，利用静磁波的慢波特性和群速进行传输，传输到达输出换能器处转换为微波信号输出，由此实现信号的延迟。通过调节电磁铁上电流的大小可以改变施加在谐振器上偏置磁场的强度，从而实现对不同的工作频率范围或者G赫兹数量级的粗调；在压电材料两个表面的银薄膜上施加外部电压，通过两个银薄膜之间的电容效应，磁电层合结构的压电材料上产生均匀的电场，通过所述电场，导致压电材料产生形变从而导致磁致伸缩材料发生形变，即将其所产生的影响等效为对磁致伸缩材料施加一个磁场，那么改变外加电场的强度即可实现微波延迟线工作频率在兆赫兹数量级的精确调节。

如图4所示,本实施例中心频率在4.6GHz左右，未对压电材料施加电压时延时100ns，工作带宽0.6GHz，对压电材料施加0-10kV电压，延时70ns，工作带宽0.4GHz。

Claims (9)

1.一种磁电双可调微波延迟线，其特征在于，包括磁电层合结构(1)、微波换能器(2)和微波基板(3)；所述磁电层合结构由压电材料(4)和磁致伸缩材料(5)使用有机胶粘结构成，其中，磁致伸缩材料(5)位于压电材料(4)上表面；所述微波换能器(2)设置在微波基板(3)上表面；所述磁电层合结构(1)位于两片微波基板(3)之间，且磁电层合结构(1)中的磁致伸缩材料(5)的两端固定在微波换能器(2)上表面，两片微波基板(3)及位于微波基板(3)上的微波换能器(2)以压电材料(4)的中心线呈对称分布；所述微波基板(3)采用微波介质材料形成。

2.根据权利要求1所述的磁电双可调微波延迟线，其特征在于，所述压电材料(4)为矩形，并在上下表面上镀有金属薄膜电极(6)，在金属薄膜电极(6)上焊有金属导线；磁致伸缩材料(5)的形状为三角形、矩形、梯形和平行四边形中的一种。

3.根据权利要求2所述的磁电双可调微波延迟线，其特征在于，所述压电材料(4)为铌镁锆钛酸铅或锆钛酸铅，磁致伸缩材料(5)为生长在钆镓石榴石(7)基底上的钇铁石榴石薄膜(8)。

4.根据权利要求3所述的磁电双可调微波延迟线，其特征在于，所述微波换能器由在微波基板(3)的上表面通过光刻腐蚀法或丝网印刷法作出金属微带线(9)制作获得。

5.根据权利要求4所述的磁电双可调微波延迟线，其特征在于，所述的微波基板(3)采用的微波介质材料为氧化铝。

6.根据权利要求5所述磁电双可调微波延迟线，其特征在于：所述的金属薄膜电极(6)为铜电极或银电极。

7.根据权利要求6所述磁电双可调微波延迟线，其特征在于：所述的金属薄膜电极(6)施加外部电压。

8.根据权利要求7所述磁电双可调微波延迟线，其特征在于：所述的钇铁石榴石薄膜(8)置于偏置磁场中且磁场方向平行于钇铁石榴石薄膜(8)。

9.根据权利要求8所述磁电双可调微波延迟线，其特征在于：所述的金属微带线(9)由输入端口微带线(10)和输出端口微带线(11)两条微带线组成。