CN107919517B - 平面化高q值可调静磁波谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种平面化高Q值可调静磁波谐振器，包括本体及外置磁场。其中，本体包括输入微带线换能器、输出微带线换能器、钇铁石榴石薄膜、钆镓石榴石基片以及接地电极，钇铁石榴石薄膜覆盖于钆镓石榴石基片的正面，输入微带线换能器及输出微带线换能器设置于钇铁石榴石薄膜上，接地电极设置于钆镓石榴石基片的背面，外置磁场设置于本体一侧且垂直于钇铁石榴石薄膜所在的平面。实施本发明实施例，采用了平面集成化的YIG谐振子结构，且无需使用额外的微波介质基片GGG基片便可作为介质基板，从而使得器件的设计更为紧凑，小型化，且易于与MMIC集成，方便了谐振器的组装，缩短了谐振器的制造时长。此外，该谐振器具有极高的Q值。

Description

平面化高Q值可调静磁波谐振器

技术领域

本发明涉及谐振器技术领域，具体涉及一种平面化高Q值可调静磁波谐振器。

背景技术

YIG(钇铁石榴石)调谐振荡器，简称为YTO，是一种能调谐工作频率的微波固态信号源。与其它振荡器相比，YIG调谐振荡器具有以下优点：较高的无载Q值，在微波频段可达1000～8000；很宽的频率调谐范围，典型的频率调谐范围是2～40GHz；拥有良好的调谐线性度。

传统的YTO，其谐振电路部分大都是采用YIG小球来做为谐振子。但是YIG小球必须经过复杂的抛光过程，设计时需严格控制耦合回路、YIG小球和外部磁场三者的相对位置。这种谐振电路大部分是单端口的结构，所使用的晶体管电路必须仔细设计以获得合适的负阻抗，而且球状结构不易组装，对震动很敏感，虽然国内已有用于振荡器的YIG小球制备工艺，但耗时很长，成品率低，还不能够大规模量产。同时，使得制造传统YIG谐振器时耗时过长，组装难度也较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种平面化高Q值可调静磁波谐振器，以实现YIG谐振器的平面集成化，从而缩短谐振器的制造时长，并降低组装难度。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种平面化高Q值可调静磁波谐振器，包括本体及外置磁场。其中，所述本体包括输入微带线换能器、输出微带线换能器、钇铁石榴石薄膜、钆镓石榴石基片以及接地电极，所述输入微带线换能器及输出微带线换能器设置于所述钇铁石榴石薄膜上，所述钇铁石榴石薄膜覆盖于所述钆镓石榴石基片的正面，所述接地电极设置于所述钆镓石榴石基片的背面，所述外置磁场设置于所述本体一侧且垂直于所述钇铁石榴石薄膜所在的平面。

作为一种可选的实施方式，所述输入微带线换能器以及输出微带线换能器包括溅射光刻于所述钇铁石榴石薄膜上的微带线线路，且所述输入微带线换能器用于输入RF信号，所述输出微带线换能器用于输出RF信号。

作为一种可选的实施方式，所述输入微带线换能器以及输出微带线换能器均包括第一微带线、第二微带线以及第三微带线，所述第一微带线的末端沿第一方向延伸形成所述第二微带线，所述第一方向平行于所述钆镓石榴石基片的横向，所述第二微带线的末端沿第二方向形成所述第三微带线，所述第二方向平行于所述钆镓石榴石基片的纵向。

作为一种可选的实施方式，所述第一微带线的长度L1为1±0.1毫米、宽度W1为0.9±0.1毫米，所述第二微带线的长度L2为3.88±0.1毫米、宽度W2为0.18±0.1毫米，所述第三微带线的长度L3为0.64±0.1毫米、宽度W3为0.18±0.1毫米。

作为一种可选的实施方式，所述输入微带线换能器以所述钆镓石榴石基片的几何中心旋转180度后与所述输出微带线换能器重叠。

作为一种可选的实施方式，所述钆镓石榴石基片的横截面呈矩形，厚度为0.5±0.01毫米。

作为一种可选的实施方式，所述钇铁石榴石薄膜为通过液相外延技术覆盖于所述钆镓石榴石基片上的薄膜。

作为一种可选的实施方式，所述钇铁石榴石薄膜的横截面呈矩形，厚度为2微米，且所述钇铁石榴石薄膜的饱和磁化强度为1750Gs。

作为一种可选的实施方式，所述接地电极为溅射于所述钆镓石榴石基片背面的金属层。

作为一种可选的实施方式，所述输入微带线换能器、输出微带线换能器以及接地电极的材料包括金。

本发明实施例所提供的平面化高Q值可调静磁波谐振器，采用了平面集成化的YIG谐振子结构，且无需使用额外的微波介质基片，钆镓石榴石(GGG)基片便可作为介质基板，从而使得器件的设计更为紧凑，小型化，且易于与MMIC集成，方便了谐振器的组装，缩短了谐振器的制造时长。此外，该谐振器具有极高的Q值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明第一实施例提供的平面化高Q值可调静磁波谐振器的主视图；

图2是图1所示输入微带线换能器或输出微带线换能器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的平面化高Q值可调静磁波谐振器的外置磁场为1139Oe时的HFSS三维电磁仿真结果。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1，是本发明第一实施例提供的平面化高Q值可调静磁波谐振器的主视图，如图所示，该谐振器包括本体及外置磁场6。

其中，本体包括输入微带线换能器1、输出微带线换能器2、钇铁石榴石(YIG)薄膜3、钆镓石榴石(GGG)基片4以及接电电极5。输入微带线换能器1及输出微带线换能器2设置于钇铁石榴石(YIG)薄膜3上，钇铁石榴石(YIG)薄膜3覆盖于钆镓石榴石(GGG)基片4的正面，接地电极5设置于钆镓石榴石(GGG)基片4的背面，外置磁场6设置于本体一侧且垂直于钇铁石榴石(YIG)薄膜3所在的平面。

进一步地，输入微带线换能器1及输出微带线换能器2为溅射光刻于钇铁石榴石(YIG)薄膜3上的微带线路，其所使用的材料为金，输入微带线换能器1提供RF信号的输入，输出微带线换能器1提供RF信号的输出。进一步地，在外置磁场6的作用下，当满足铁磁共振的条件时，钇铁石榴石(YIG)薄膜3可以从输入微带线换能器1中吸收能量，RF信号可以通过输入微带线换能器1耦合进入钇铁石榴石(YIG)薄膜3，再通过输出微带线换能器2输出。RF信号改变时，满足铁磁共振所需要的外加磁场也随之变化，这样就实现了谐振器的可调。

进一步地，如图1所示，钆镓石榴石(GGG)基片4的横截面呈矩形，大小为8mm*10mm，厚度为0.5±0.01毫米，输入微带线换能器1以钆镓石榴石(GGG)基片4的几何中心旋转180度(包括顺时针旋转和逆时针旋转)后，与输出微带线换能器2重叠。即，输入微带线换能器1和输出微带线换能器2的结构相同，大小一致，且两者均由三段微带线通过布尔相加得到。

进一步地，如图2所示，该图中所显示的可以是输入微带线换能器1或输出微带线换能器2。该换能器包括第一微带线11、第二微带线12以及第三微带线13，第一微带线11的末端沿第一方向延伸形成第二微带线12，第一方向平行于钆镓石榴石(GGG)基片4的横向(即图1中的方向a)，第二微带线12的末端沿第二方向形成第三微带线13，第二方向平行于钆镓石榴石(GGG)基片4的纵向(即图1中的方向b)。其中，第一微带线11的长度L1为1±0.1毫米、宽度W1为0.9±0.1毫米，第二微带线12的长度L2为3.88±0.1毫米、宽度W2为0.18±0.1毫米，第三微带线13的长度L3为0.64±0.1毫米、宽度W3为0.18±0.1毫米。

再请参考图1，钇铁石榴石(YIG)薄膜3为通过液相外延技术在钆镓石榴石(GG)基片4上生长的YIG薄膜，其饱和磁化强度约为1750Gs，薄膜晶向为(111)，其横截面为矩形，大小为6mm*8mm，厚度为2μm。需要说明的是，在利用液相外延技术在钆镓石榴石(GG)基片4生长薄膜时，薄膜会在钆镓石榴石(GG)基片4的正面和背面同时增长。本发明实施例中，将钆镓石榴石(GG)基片4背面生长的薄膜用蚀刻方法进行了去除。

进一步地，接地电极5为溅射外钆镓石榴石(GG)基片4背面上的金属层，在本实施例中，该金属层的材质为金。进一步地，外置磁场6垂直于钇铁石榴石(YIG)薄膜3，且磁场大小范围为886Oe～1392Oe。当外置磁场6的大小为1139Oe时，本实施例的平面化高Q值可调静磁波谐振器的HFSS三维电磁仿真结果如图3所示，中心频率为3.16GHz，-3dB带宽为1.8MHz，Q值为1755。其中，图3中的S11表示回波损耗，S12表示插入损耗。

实施本发明的平面化高Q值可调静磁波谐振器，具有以下有益效果：采用了平面集成化的YIG谐振子结构，且无需再使用额外的微波介质基板，GGG基片可以作为介质基板，可以使器件的设计更为紧凑、小型化，且易与MMIC集成，频率可调的范围约为2.4～4.2GHz，在调谐范围内对杂散的抑制较好，具有极窄的-3dB带宽，Q值最高可达1755。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种平面化高Q值可调静磁波谐振器，包括本体及外置磁场，其特征在于，所述本体包括输入微带线换能器、输出微带线换能器、钇铁石榴石薄膜、钆镓石榴石基片以及接地电极，所述输入微带线换能器及输出微带线换能器设置于所述钇铁石榴石薄膜上，所述钇铁石榴石薄膜覆盖于所述钆镓石榴石基片的正面，所述接地电极设置于所述钆镓石榴石基片的背面，所述外置磁场设置于所述本体一侧且垂直于所述钇铁石榴石薄膜所在的平面；

所述输入微带线换能器以及输出微带线换能器均包括第一微带线、第二微带线以及第三微带线，所述第一微带线的末端沿第一方向延伸形成所述第二微带线，所述第一方向平行于所述钆镓石榴石基片的横向，所述第二微带线的末端沿第二方向形成所述第三微带线，所述第二方向平行于所述钆镓石榴石基片的纵向；

所述输入微带线换能器以所述钆镓石榴石基片的几何中心旋转180度后与所述输出微带线换能器重叠。

2.如权利要求1所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述输入微带线换能器以及输出微带线换能器包括溅射光刻于所述钇铁石榴石薄膜上的微带线线路，且所述输入微带线换能器用于输入RF信号，所述输出微带线换能器用于输出RF信号。

3.如权利要求2所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述第一微带线的长度L1为1±0.1毫米、宽度W1为0.9±0.1毫米，所述第二微带线的长度L2为3.88±0.1毫米、宽度W2为0.18±0.1毫米，所述第三微带线的长度L3为0.64±0.1毫米、宽度W3为0.18±0.1毫米。

4.如权利要求1-3任一项所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述钆镓石榴石基片的横截面呈矩形，厚度为0.5±0.01毫米。

5.如权利要求4所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述钇铁石榴石薄膜为通过液相外延技术覆盖于所述钆镓石榴石基片上的薄膜。

6.如权利要求5所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述钇铁石榴石薄膜的横截面呈矩形，厚度为2微米，且所述钇铁石榴石薄膜的饱和磁化强度为1750Gs。

7.如权利要求6所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述接地电极为溅射于所述钆镓石榴石基片背面的金属层。

8.如权利要求7所述的平面化高Q值可调静磁波谐振器，其特征在于，所述输入微带线换能器、输出微带线换能器以及接地电极的材料包括金。

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