CN108306083A - Yig谐振电路集成结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种YIG谐振电路集成结构，包括磁极结构和谐振电路，所述磁极结构使其工作气隙中能产生一均匀磁场区域，所述谐振电路为四个，均匀磁场区域上层2个，均匀磁场区域下层2个，所述上磁极下表面中部沿磁路结构长度方向设有一凹槽，所述凹槽形成一梯度磁极，本发明设计中对工作气隙磁极头进行梯度设计，形成磁场梯度以补偿磁场相互扰动后带来的频率偏差，该梯度磁场与磁场的偏差△H将随整体激励增加而加大，正好补偿小球互绕使频率偏差随着频率升高而增加的趋势。并且该结构方式与平面集成的调试窗口和接口排布方向相同，在结构设计与产品调试上也适用于生产。

Description

YIG谐振电路集成结构
技术领域
本发明涉及一种谐振电路，尤其涉及一种YIG谐振电路集成结构。
背景技术
旋磁滤波器组件包含滤波单元与驱动单元，驱动单元提供可控高稳定电流，滤波单元中磁路通过控制电流产生磁场激励谐振电路频率共振，共振频率可通过电流变化改变磁场后实现频率可调，故工作频率可宽频带的调谐是旋磁滤波器最重要的特点，这也确定其磁路、驱动器等应符合相应的设计规范，因此旋磁滤波器组件普遍具有较大的体积和功耗。
当前集成化设计是减小体积与功耗的最佳方案之一，集成化产品是在与单通道产品几乎相同体积内集成多个通道，其优越性体现在变相的大幅减小体积、重量与功耗，并且由于共用同一驱动器和磁路使可靠性得到提高。因此，在同一体积内集成通道数越多，集成化产品的优越性越显著。
为实现宽频带工作及减小假响应，谐振电路中所有小球谐振子应处于均匀一致的磁场环境，磁路工作气隙两端面的平行设计是提供均匀一致外磁场的保证。已有集成技术是基于此基础在工作气隙X、Y平面内排列谐振电路，如图1示意图所示。两个参数相同的谐振电路在磁路极柱Z方向磁场He激励后，将获得相同的谐振频率，磁路激励使He变化后两电路谐振频率将同步跟踪变化。
已有技术中继续增加集成数量的方法是采用多工作气隙磁路结构，见图2示意图，谐振电路将分别工作于不同工作气隙内。多工作气隙方式将相应的增加磁路与线圈尺寸，从而影响产品体积与功耗，在当前产品小型化、低功耗的发展趋势下，该方式的发展受到限制。
通过增加磁路极柱的方式可以增加产品的集成数量，但是这种方式会增加体积和加大磁路线圈的尺寸和功耗，并且从加工角度考虑,两个极柱的工作气隙很难保证一致，从而减弱集成化的优势，故这两种方式不符合小型化、低功耗的发展趋势，因此已有技术的问题与缺陷限于单极柱工作气隙方式的描述。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，在单个磁极面积内集成数量达到4路的YIG谐振电路集成结构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种YIG谐振电路集成结构，包括磁极结构和谐振电路，所述磁极机构包括水平设置的上磁极、下磁极、以及位于二者间的工作气隙，所述上磁极和下磁极提供竖直方向的主磁场，所述谐振电路水平设置于工作气隙中，整体为长条形，由多级小球谐振子耦合而成，且一端为信号输入端，另一端为信号输出端；
所述磁极结构使其工作气隙中能产生一均匀磁场区域，所述谐振电路为四个，均位于均匀磁场区域中，沿磁路结构长度方向设置，且信号输入端均位于磁路结构同一端；
其中两个谐振电路位于均匀磁场区域的下层，对称分布且间距为A1，所述A1使两谐振电路的小球谐振子互不干涉，另外两个谐振电路位于均匀磁场区域的上层，对称分布且间距为A2，所述A2使上层谐振电路分别与同侧下层谐振电路的小球谐振子发生互扰，且上层两谐振电路间的小球谐振子也发生互扰，且互扰后，上层的两小球谐振子发生频率偏差；
所述上磁极下表面中部沿磁路结构长度方向设有一凹槽，所述凹槽形成一梯度磁极，所述凹槽宽度为A3，所述A1>A3≥A2，所述梯度磁极产生的梯度磁场刚好补偿上层的两小球谐振子发生频率偏差。
作为优选：所述谐振电路中每个小球谐振子均设有一小球调谐杆，相邻两谐振电路的小球调谐杆分别位于小球谐振子相互远离的一侧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：设计中对工作气隙的磁场进行梯度设计，形成磁场梯度以补偿磁场相互扰动后带来的频率偏差。
磁补偿是通过对磁极头的台阶设计获得梯度磁场，该梯度磁场差△H将随整体激励增加而加大，正好补偿小球互绕使频率偏差随着频率升高而增加的趋势。并且该结构方式与平面集成的调试窗口和接口排布方向相同，在结构设计与产品调试上也适用于生产。
附图说明
图1为现有技术中平面集成谐振电路结构示意图；
图2为现有技术中双气隙平面集成谐振电路结构示意图
图3为本发明位于均匀磁场区域下层的两个谐振电路；
图4为图3的俯视图；
图5为小球谐振子对磁力线的聚集作用示意图；
图6为本发明内部结构示意图。
图中：1、上磁极；2、下磁极；3、小球谐振子；4、凹槽；5、小球调谐杆；6、均匀磁场区域.
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和图6,其中图1和图2为现有技术中的图。
图1中，已有集成技术是基于此基础在工作气隙X、Y平面内排列谐振电路，如图1示意图所示。两个参数相同的谐振电路在磁路极柱Z方向磁场He激励后，将获得相同的谐振频率，磁路激励使He变化后两电路谐振频率将同步跟踪变化。其中，P11为谐振电路1的输入端，P12为谐振电路1的输出端，P21为谐振电路2的输入端，P22为谐振电路2的输出端，调试方向为调整小球调谐杆5的方向，通过旋转小球调谐杆5，可使同一谐振电路中的小球处于同一工作频率。
图2为双气隙平面集成谐振电路结构示意图，也是常用的多工作气隙方式增加集成数量的方法，这个方法中一共四路谐振电路，P11、P21、P31、P41分别为谐振电路1、谐振电路2、谐振电路3、谐振电路4的输出端，同理，P12、P22、P32、P42为四路谐振电路的输出端。
参见图3到图6，本发明方案为：一种YIG谐振电路集成结构，包括磁极结构和谐振电路，所述磁极机构包括水平设置的上磁极1、下磁极2、以及位于二者间的工作气隙，所述上磁极1和下磁极2提供竖直方向的主磁场，所述谐振电路水平设置于工作气隙中，整体为长条形，由多级小球谐振子3耦合而成，且一端为信号输入端，另一端为信号输出端，所述磁极结构使其工作气隙中能产生一均匀磁场区域，所述谐振电路为四个，均位于均匀磁场区域中，沿磁路结构长度方向设置，且信号输入端均位于磁路结构同一端；
其中两个谐振电路位于均匀磁场区域的下层，对称分布且间距为A1，所述A1使两谐振电路的小球谐振子3互不干涉，另外两个谐振电路位于均匀磁场区域的上层，对称分布且间距为A2，所述A2使上层谐振电路分别与同侧下层谐振电路的小球谐振子3发生互扰，且上层两谐振电路间的小球谐振子3也发生互扰，且互扰后，上层的两小球谐振子3发生频率偏差；
所述上磁极1下表面中部沿磁路结构长度方向设有一凹槽4，所述凹槽4形成一梯度磁极，所述凹槽4宽度为A3，所述A1>A3≥A2，所述梯度磁极产生的梯度磁场刚好补偿上层的两小球谐振子3发生频率偏差；所述谐振电路中每个小球谐振子3均设有一小球调谐杆5，相邻两谐振电路的小球调谐杆5分别位于小球谐振子3相互远离的一侧。
也就是说，假设上层的两小球谐振子3的频率为5GHz，发生互扰后变成了5.5GHz,此时需利用梯度磁场来补偿这个频率差，使其恢复5GHz。
实施例2：
按所述发明设计四路集成2-6GHz宽频段带阻滤波器，体积与两路相同，技术指标与两路相同。
技术效果：
1）体积、重量减小效果：
在相同体积内实现集成通道数由两路提高到四路，体积与重量变相减小50%；
2)典型功耗降低的效果：
磁路线圈设计电流300mA时工作到6GHz，加热电阻60Ω，最大典型功耗值8W；而一个双通道滤波器最大典型功耗值为7W。
与双通道滤波器比较，变相降低功耗40%左右。
3)频率跟踪效果：
按所述发明设计四路2-6GHz带阻滤波器谐振电路，在2GHz调试同频后，6GHz上层中间两路频率偏高40-50MHz；采用电磁场仿真软件对磁路梯度磁场进行仿真，设计台阶梯度为0.02mm后，调试2GHz同频，此时6GHz上层中间两路频率偏高5-8MHz。若控制梯度台阶加工精度到μm级，频率跟踪精度将进一步提高。
4）通道隔离效果
四路滤波器通道隔离典型值大于80dB；两路滤波器通道隔离典型值是90dB。

Claims (2)

1.一种YIG谐振电路集成结构，包括磁极结构和谐振电路，所述磁极机构包括水平设置的上磁极、下磁极、以及位于二者间的工作气隙，所述上磁极和下磁极提供竖直方向的主磁场，所述谐振电路水平设置于工作气隙中，整体为长条形，由多级小球谐振子耦合而成，且一端为信号输入端，另一端为信号输出端，其特征在于：
所述磁极结构使其工作气隙中能产生一均匀磁场区域，所述谐振电路为四个，均位于均匀磁场区域中，沿磁路结构长度方向设置，且信号输入端均位于磁路结构同一端；
其中两个谐振电路位于均匀磁场区域的下层，对称分布且间距为A1，所述A1使两谐振电路的小球谐振子互不干涉，另外两个谐振电路位于均匀磁场区域的上层，对称分布且间距为A2，所述A2使上层谐振电路分别与同侧下层谐振电路的小球谐振子发生互扰，且上层两谐振电路间的小球谐振子也发生互扰，且互扰后，上层的两小球谐振子发生频率偏差；
所述上磁极下表面中部沿磁路结构长度方向设有一凹槽，所述凹槽形成一梯度磁极，所述凹槽宽度为A3，所述A1>A3≥A2，所述梯度磁极产生的梯度磁场刚好补偿上层的两小球谐振子发生频率偏差。
2.根据权利要求1所述的YIG谐振电路集成结构，其特征在于：所述谐振电路中每个小球谐振子均设有一小球调谐杆，相邻两谐振电路的小球调谐杆分别位于小球谐振子相互远离的一侧。
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