CN106953150B - 双通道微带环行隔离组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双通道微带环行隔离组件，包括软磁合金底板、铁氧体基片，铁氧体基片上表面具有微带直通线电路和双结环行微带电路，永磁体分别位于两个单结环行微带电路几何中心的上方，永磁体与两个单结环行微带电路之间通过介质基片实现电隔离，每个单结环行微带电路各具有三个输入/输出端口，其中一个输入/输出端口对接，剩余端口中有一个端口与接地端之间连接有一个负载电阻，该双通道微带环行隔离组件不仅达到了能同时使用两个天线的目的，而且在保证原有的微带环行隔离组件的尺寸不变的情况下，将一个环行隔离组件和微带直通线集成在了同一块铁氧体基片上，实现了微带铁氧体器件小型化和高集成化的应用需求。

Description

双通道微带环行隔离组件

技术领域

本发明属于磁性材料和器件技术领域，涉及微带环行器和微带隔离器，具体是一种双通道微带环行隔离组件。

背景技术

近几年微波技术的不断发展，新的设计理念和先进的工艺技术促进微波系统飞速发展，微带环行隔离组件广泛应用于雷达、电子对抗、微波通讯系统等的微波模块中。随着微波电路高度集成化，微波组件正在向模块化、小型化、多功能化、大功率等方向发展。

如在微带环行隔离组件应用较多的相控阵雷达中，其由数量众多的接收/发射(T/R)模块组成。通常，在接收与发射(T/R)模块中，信号通过微带环行隔离组件这1个通道进行有序传输，其3个端口分别连接在发射、接收和共用天线上，信号的接收与发射共用1个天线。

如图1所示是一种微带环行隔离组件的结构示意图，它包括软磁合金底板，位于软磁合金底板上方的铁氧体基片，铁氧体基片下表面具有金属接地层，上表面具有双结环行电路，负载电阻与双结环行电路的一个端口连接，提供偏置磁场的永磁体与结环行微带电路之间通过两个介质基片实现电隔离。

但在T/R模块中天线采用双极化设计时，信号传输需要有2个不同通道，即一路信号通过环行隔离器组件、那么另一路信号则经由微带直通线传输。

如图2所示，现有一种电路的设计是在环行隔离组件的旁边布置一条微带直通线19作为信号传输通道，微带传输线以介质材料陶瓷板或者PCB板作为基板20，这样的设计能够达到2个传输通道的目的，但相控阵雷达中的T/R数量多、尺寸小、宽度窄，在环行隔离组件旁边没有足够的空间单独增加布置一个通道，所以这样的设计不利于微波系统的模块化、集成化。

现在我们尝试在原有的环行隔离组件的尺寸基础上，将微带直通线布置在微带环行隔离组件的铁氧体基片上，由于铁氧体基片不仅具有旋磁特性，还具有介电特性，所以可以作为微带直通线的介质基板。并且，从微带环行器组件的仿真结果可以得到，当微带直通线距离偏置磁场一定尺寸时，对信号的传输影响不大，所以将微带直通线布置在铁氧体基片上是可行的。

并且这样的尝试意义在于在现有的环行隔离器组件只是具有环行隔离单一功能的器件，在不改变环行隔离组件尺寸的基础上，在环行隔离组件的铁氧体基片上集成新的电路，增加新的功能，目前在应用中还从没有被采用过。

但本次尝试的难点在于：

第一、在现有环行器隔离组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、由于微带环行隔离组件的微带电路已经最大限度的利用的铁氧体基片表面的电路布置空间，我们需要将环行隔离电路进行进一步的压缩，才能将微带直通线布置在铁氧体基片上。

第三、微带直通线布置在微带环行隔离组件的负载的一侧时，可能需要将环行隔离电路的负载从基片边沿移至基片内部，以此来减小负载电路对微带直通线的耦合作用，但当负载被移至铁氧体基片内部后，需要通过在基片上做金属化使负载接地。同时还需将微带直通线或微带环行隔离电路的端口的传输线布局时弯曲，以便与外部组件进行连接。

第四、当微带直通线与环行隔离电路隔得越近，他们之间的耦合作用必然越大，这种耦合作用对两个电路的影响是有益的还是有害的需要通过仿真计算进行分析。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双通道微带环行隔离组件。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种双通道微带环行隔离组件，包括软磁合金底板，位于软磁合金地板上方的铁氧体基片，铁氧体基片下表面具有金属接地层，铁氧体基片上表面具有微带直通线电路和双结环行微带电路，所述双结环行微带电路由两个单结环行微带电路构成，提供偏置磁场的第一永磁体和第二永磁体分别位于两个单结环行微带电路几何中心的上方，第一永磁体、第二永磁体与两个单结环行微带电路之间分别通过第一介质基片、第二介质基片实现电隔离，每个单结环行微带电路各具有三个输入/输出端口，其中一个输入/输出端口对接，剩余四个输入/输出端口中有一个端口与接地端之间连接有一个负载电阻，两个单结环行微带电路之间设有纵向的匹配节电路。

作为优选方式，第一永磁体和第二永磁体上方设有磁屏蔽罩，磁屏蔽罩的最小罩内水平尺寸大于第一永磁体和第二永磁体的直径之和小于铁氧体基片的边长。

作为优选方式，负载电阻设在铁氧体基片内部。

作为优选方式，微带直通线电路和双结环行微带电路之间设有接地微带线，接地微带线一端与负载电阻接地端相连，另一端通过过金属通孔接地。

作为优选方式，微带直通线电路和双结环行微带电路之间的最短距离为0.2mm。

作为优选方式，磁屏蔽罩由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩与软磁合金底板完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。此罩体结构能有效的屏蔽磁场，并保证罩体内部形成一个在磁屏蔽罩、软磁合金底板和第一永磁体与第二永磁体之间的闭合磁回路，起到全磁屏蔽的作用。

作为优选方式，磁屏蔽罩的折弯边缘底部不与铁氧体基片相接触而是留有间隙。

作为优选方式，磁屏蔽罩的折弯边缘底部与铁氧体基片的间隙为0.1mm～1mm。

作为优选方式，所述双结环行微带电路是由两个圆形Y结环形微带电路、或两个三角形Y结环形微带电路、或两个六角形Y结环形微带电路、或两个鱼刺型Y结环形微带电路组成。

以15～17GHz频段为例，已实现了一种双通道微带环行隔离组件的仿真设计，如图5，该双通道微带环行隔离组件具有以下特点：

第一、在现有环行器隔离组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、为了留出布置微带直通线电路的空间，将双结环行微带电路进行了压缩，缩短了两个结环行电路之间的距离，增加了纵向的匹配节电路进行补偿。

第三、为了便于微带直通线电路与外部组件的连接，将其进行了弯曲。并且将负载电路移至铁氧体基片的内部，通过对基片过金属通孔使其接地。

第四、为了减小微带直通线电路与双结环行电路之间的耦合，在两者之间布置了一条接地微带线，接地线一端与负载接地端相连，另一端通过过金属通孔接地。

如图7和图8所示，通过对该双通道微带环行隔离组件进行仿真分析，得出在15～17GHz频段内的环行隔离电路三端口驻波曲线11、微带直通线的两端口驻波曲线12、环行隔离电路插入损耗曲线13、微带直通线的插入损耗曲线14、环行隔离电路反向损耗曲线15的仿真示意图，通过图形分析可得：

该双通道环行隔离组件中的环行隔离组件在15～17GHz频段内三端口驻波小于1.2，插入损耗小于0.5dB，小反向损耗大于11dB、大反向损耗大于30dB，与现有技术中单独的微带环行隔离组件的性能相比，性能相仿。而该双通道环行隔离组件中的微带直通线在15～17GHz频段内两端口驻波小于1.15，插入损耗小于0.5dB，性能优异。

本发明的有益效果为：该双通道微带环行隔离组件不仅达到了能同时使用两个天线的目的，而且在保证原有的微带环行隔离组件的尺寸不变的情况下，将一个环行隔离组件和微带直通线集成在了同一块铁氧体基片上，实现了微带铁氧体器件小型化和高集成化的应用需求。

附图说明

图1是一种微带环行隔离组件的结构示意图；

图2是在环行隔离组件的旁边布置一条微带直通传输线作为信号传输通道的结构示意图；

图3是本发明的双通道微带环行隔离组件的结构示意图；

图4是本发明带屏蔽罩的双通道微带环行隔离组件的组装过程示意图。

图5是本发明带屏蔽罩的双通道微带环行隔离组件的整体结构示意图。

图6是本发明的该实施例1的仿真结构图。

图7是本发明的实施例1的仿真驻波曲线图。

图8是本发明的实施例1的仿真损耗曲线图。

其中，1为铁氧体基片，2为软磁合金底板，3为第一永磁体，4为第二永磁体，5为双结环行微带电路，6为第一介质基片，7为第二介质基片，8为负载电阻，9为微带直通线电路，10为磁屏蔽罩，11为环行隔离电路三端口驻波曲线，12为微带直通线的两端口驻波曲线、13为环行隔离电路插入损耗曲线，14为微带直通线的插入损耗曲线，15为环行隔离电路反向损耗曲线，16为接地微带线，17为过金属通孔，18为纵向的匹配节电路，19为微带直通线，20为基板。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

一种双通道微带环行隔离组件，包括软磁合金底板2，位于软磁合金地板2上方的铁氧体基片1，铁氧体基片1下表面具有金属接地层，铁氧体基片1上表面具有微带直通线电路9和双结环行微带电路5，所述双结环行微带电路5由两个单结环行微带电路构成，提供偏置磁场的第一永磁体3和第二永磁体4分别位于两个单结环行微带电路几何中心的上方，第一永磁体3、第二永磁体4与两个单结环行微带电路之间分别通过第一介质基片6、第二介质基片7实现电隔离，每个单结环行微带电路各具有三个输入/输出端口，其中一个输入/输出端口对接，剩余四个输入/输出端口中有一个端口与接地端之间连接有一个负载电阻8，两个单结环行微带电路之间设有纵向的匹配节电路18。

微带直通线电路9和双结环行微带电路5之间设有接地微带线16，接地微带线16一端与负载电阻8接地端相连，另一端通过过金属通孔17接地。

微带直通线电路9和双结环行微带电路5之间的最短距离为0.2mm。

所述双结环行微带电路5是由两个圆形Y结环形微带电路、或两个三角形Y结环形微带电路、或两个六角形Y结环形微带电路、或两个鱼刺型Y结环形微带电路组成。

以15～17GHz频段为例，已实现了一种双通道微带环行隔离组件的仿真设计，如图6，该双通道微带环行隔离组件具有以下特点：

第一、在现有环行器隔离组件的尺寸(或更小尺寸)基础下由原来的3个端口增加到5个端口。

第二、为了留出布置微带直通线电路的空间，将双结环行微带电路进行了压缩，缩短了两个结环行电路之间的距离，增加了纵向的匹配节电路进行补偿。

第三、为了便于微带直通线电路与外部组件的连接，将其进行了弯曲。并且将负载电路移至铁氧体基片的内部，通过对基片过金属通孔使其接地。

第四、为了减小微带直通线电路与双结环行电路之间的耦合，在两者之间布置了一条接地微带线，接地线一端与负载接地端相连，另一端通过过金属通孔接地。

如图7和图8所示，通过对该双通道微带环行隔离组件进行仿真分析，得出在15～17GHz频段内的环行隔离电路三端口驻波曲线11、微带直通线的两端口驻波曲线12、环行隔离电路插入损耗曲线13、微带直通线的插入损耗曲线14、环行隔离电路反向损耗曲线15的仿真示意图，通过图形分析可得：

该双通道环行隔离组件中的环行隔离组件在15～17GHz频段内三端口驻波小于1.2，插入损耗小于0.5dB，小反向损耗大于11dB、大反向损耗大于30dB，与现有技术中单独的微带环行隔离组件的性能相比，性能相仿。而该双通道环行隔离组件中的微带直通线在15～17GHz频段内两端口驻波小于1.15，插入损耗小于0.5dB，性能优异。

综上所述，该双通道微带环行隔离组件不仅能实现使用两个天线同时传输两组信号的目的，还能使两个电路各自发挥出最佳性能。且更有意义的是，该双通道微带环行隔离组件相比于原有的微带环行器尺寸没有变化，但增加的一组通道使该组件功能增加了，实现了微波技术发展中对微波器件的多功能化、小型化和集成化的要求。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例和实施例1基本相同，区别在于：第一永磁体3和第二永磁体4上方设有磁屏蔽罩10，磁屏蔽罩10的最小罩内水平尺寸大于第一永磁体3和第二永磁体4的直径之和小于铁氧体基片1的边长。

本实施例将负载电阻8移至铁氧体基片1的内部，通过对基片过金属通孔使其接地。

磁屏蔽罩10由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板2没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩10与软磁合金底板2完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。此罩体结构能有效的屏蔽磁场，并保证罩体内部形成一个在磁屏蔽罩10、软磁合金底板2和第一永磁体3与第二永磁体4之间的闭合磁回路，起到全磁屏蔽的作用。磁屏蔽罩10的折弯边缘底部不与铁氧体基片1相接触而是留有间隙。所述间隙为0.1mm～1mm。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种双通道微带环行隔离组件，其特征在于：包括软磁合金底板(2)，位于软磁合金底板(2)上方的铁氧体基片(1)，铁氧体基片(1)下表面具有金属接地层，铁氧体基片(1)上表面具有微带直通线电路(9)和双结环行微带电路(5)，所述双结环行微带电路(5)由两个单结环行微带电路构成，提供偏置磁场的第一永磁体(3)和第二永磁体(4)分别位于两个单结环行微带电路几何中心的上方，第一永磁体(3)、第二永磁体(4)与两个单结环行微带电路之间分别通过第一介质基片(6)、第二介质基片(7)实现电隔离，每个单结环行微带电路各具有三个输入/输出端口，其中一个输入/输出端口对接，剩余四个输入/输出端口中有一个端口与接地端之间连接有一个负载电阻(8)，两个单结环行微带电路之间设有纵向的匹配节电路(18)；

第一永磁体(3)和第二永磁体(4)上方设有磁屏蔽罩(10)，磁屏蔽罩(10)的最小罩内水平尺寸大于第一永磁体(3)和第二永磁体(4)的直径之和小于铁氧体基片(1)的边长；

微带直通线电路(9)和双结环行微带电路(5)之间设有接地微带线(16)，接地微带线(16)一端与负载电阻(8)接地端相连，另一端通过过金属通孔(17)接地。

2.根据权利要求1所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：负载电阻(8)设在铁氧体基片(1)内部。

3.根据权利要求1所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：微带直通线电路(9)和双结环行微带电路(5)之间的最短距离为0.2mm。

4.根据权利要求1所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：磁屏蔽罩(10)由软磁平板合金材料边缘向下折弯所形成，软磁合金底板(2)没有电路端口的两侧向上弯折，磁屏蔽罩(10)与软磁合金底板(2)完全接触形成封闭的全磁屏蔽罩体结构。

5.根据权利要求4所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：磁屏蔽罩(10)的折弯边缘底部不与铁氧体基片(1)相接触而是留有间隙。

6.根据权利要求5所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：磁屏蔽罩(10)的折弯边缘底部与铁氧体基片(1)的间隙为0.1mm～1mm。

7.根据权利要求1所述的双通道微带环行隔离组件，其特征在于：所述双结环行微带电路(5)是由两个圆形Y结环形微带电路、或两个三角形Y结环形微带电路、或两个六角形Y结环形微带电路、或两个鱼刺型Y结环形微带电路组成。

Images