CN110676548B - 一种微带环行器、隔离器及t/r组件 - Google Patents
一种微带环行器、隔离器及t/r组件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种微带环行器，可应用于隔离器以及微波通信中，尤其在T/R组件中使用量巨大，该微带环行器通过增加一块基板，且该基板的上表面设置有第一接地金属层和多个信号端，该基板的下表面设置有多个分别与第一接地金属层、各个信号端相对应呈电性连接的焊接区域；而且，微带环行器的中心导体的多个连接部分别与旋磁层的下表面设置的多个连接端一一对应且呈电性连接；将旋磁层设置在基板之上，使旋磁层的下表面与基板的上表面呈面对面设置，同时，第一接地金属层与第二接地金属层呈电性连接，连接端与信号端一一对应且呈电性连接。因此，本发明不仅能够通过基板实现与外部电路的表面贴装，还能通过该基板减小外力对旋磁体的冲击。
Description
技术领域
本发明属于环行器设计与制造技术领域，尤其涉及一种微带环行器，以及应用这种微带环行器的隔离器与T/R组件。
背景技术
环行器是有数个端的非可逆器件，其包含由旋磁材料制成的旋磁体，由于旋磁材料在外加微波磁场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性，使在旋磁体中传播的电磁波发生极化的旋转，从而实现单向传输高频信号能量，并广泛地应用于在微波通信领域中。而随着通信技术的发展，对环行器的要求越来越高，比如要求环行器的体积小，工序简单，同时能够适应高度集成化的要求。
目前，传统的环行器在应用时通常是采用手工焊接或者金丝键合的方式，将引脚与PCB板上的电路电连接，不仅效率低，也无法适应高度集成化的要求。虽然，已有环行器的结构设计采用了表面贴装技术(SMT：Surface Mount Technology)，但实际上，环行器在如组装、回流焊、高频能量传输发热等强外力、强温度冲击情况下，一旦环行器的旋磁体受力不均或与PCB板的膨胀系数差距较大，极有可能造成环行器中的旋磁体破裂。
因此，有必要提供一种在表面贴装场景下具有较低故障率的微带环行器。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种在表面贴装场景下具有较低故障率的微带环行器，并通过改进现有表贴式环行器的结构，减小外力对旋磁体的冲击。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种微带环行器，包括旋磁层，设置在旋磁层上表面且具有多个连接部的中心导体，以及设置在中心导体上方的永磁体，同时，还包括基板；
所述基板的上表面设置有第一接地金属层和多个均与所述第一接地金属层绝缘隔离的信号端，所述基板的下表面设置有多个分别与所述第一接地金属层、各个所述信号端相对应呈电性连接的焊接区域；
所述旋磁层的下表面设置有第二接地金属层和多个与所述连接部一一对应的连接端；其中，所述第一接地金属层与所述连接端绝缘隔离，相对应的所述连接部与所述连接端呈电性连接；
所述旋磁层设置在所述基板之上，且所述旋磁层的下表面与所述基板的上表面呈面对面设置；而且，所述第一接地金属层与所述第二接地金属层呈电性连接，所述连接端与所述信号端一一对应且呈电性连接。
本发明的微带环行器通过增加一块基板，能够起到缓冲外力的作用，减小外力对旋磁体的冲击。
本发明进一步的目的在于：减小环行器在强温度冲击下出现旋磁体破裂的几率。
本发明的微带环行器中，优选地，所述基板为PCB板或陶瓷板。当外接的PCB板对微带环行器产生强温度冲击，由于基板材质的热膨胀系数介于外部电路板和旋磁材料之间，形变量较小，能够缓冲强温度冲击下的内部应力，从而降低环行器出现旋磁体破裂的几率。
根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器中，所述旋磁层设置有多个金属化过孔，所述连接部通过所述金属化过孔与相应的所述连接端电性连接。
根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器中，所述旋磁层的侧边设置有多个金属化凹槽或金属连接线；而且，每个所述连接部延伸至所述旋磁层上表面的边缘，并通过所述金属化凹槽或所述金属连接线与相应的所述连接端电性连接。
根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器还包括匀磁片；而且，所述匀磁片设置在所述基板上表面开设的安装孔内。将匀磁片安装在基板的安装孔内，不仅能提高优化磁路，还可以实现微带环行器的小型化。
根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器还包括介质片和温度补偿片；其中，所述介质片设置在所述中心导体与所述永磁体之间，所述温度补偿片设置在所述介质片与所述永磁体之间。在中心导体和永磁体之间设置介质片，能够调节中心导体和永磁体之间的间隙，优化磁路；而在中心导体和永磁体之间设置温度补偿片，提高环行器的温度特性。
根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器中，所述永磁体上设置有磁屏蔽罩。在永磁体上设置磁屏蔽罩，能够使永磁体的磁路更密集，同时减少泄露磁场对周围元器件的干扰。
本发明还提供一种隔离器，其包括本发明的微带环行器，以及所述微带环行器的一个或多个信号端上连接的负载。
本发明还提供一种T/R组件，其包括本发明的微带环行器，以及所述微带环行器的一个或多个信号端上连接的收发电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的微带环行器通过增加一块基板，且该基板的上表面设置有第一接地金属层和多个信号端，该基板的下表面设置有多个分别与第一接地金属层、各个信号端相对应呈电性连接的焊接区域；而且，微带环行器的中心导体的多个连接部分别与旋磁层的下表面设置的多个连接端一一对应且呈电性连接；将旋磁层设置在基板之上，使旋磁层的下表面与基板的上表面呈面对面设置，同时，第一接地金属层与第二接地金属层呈电性连接，连接端与信号端一一对应且呈电性连接。因此，本发明不仅能够通过基板实现与外部电路的表面贴装，还能通过该基板减小外力对旋磁体的冲击。
2、本发明的微带环行器中，基板材质的热膨胀系数介于外部电路板和旋磁材料之间，如采用PCB板或陶瓷板，能够缓冲强温度冲击下的内部应力，从而降低环行器出现旋磁体破裂的几率。
3、本发明的微带环行器中，在基板上还设置有匀磁片，而且，将匀磁片安装在基板的安装孔内，不仅能提高优化磁路，还可以实现微带环行器的小型化。同时，经仿真实验，本发明的微带环行器的插入损耗这一电性能指标有所提升。
附图说明
图1为本发明微带环行器的结构分解示意图；
图2为本发明微带环行器的旋磁层下表面的结构示意图；
图3为本发明微带环行器的设置介质片的结构示意图；
图4为本发明微带环行器的增加匀磁片的结构示意图；
图5为本发明微带环行器的增加磁屏蔽壳的示意图。
附图标记列表
10-基板，11a-第一信号端，11b-第二信号端，11c-第三信号端，12-第一接地金属层，安装孔13，20-旋磁层，21a-第一连接端，21b-第二连接端，21c-第三连接端，22-第二接地金属层，30-中心导体，30a-第一连接部，30b-第二连接部，30c-第三连接部，40-永磁体，50-介质片，60-匀磁片，70-磁屏蔽罩。
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。
如图1和图2所示，本发明的微带环行器包括旋磁层20、设置在旋磁层20上表面的中心导体30和设置在中心导体30上方的永磁体40。同时，还包括基板10。
基板10的上表面设置有第一接地金属层12、第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c，基板10的下表面设置有分别与第一接地金属层12、第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c相对应的焊接区域。其中，第一接地金属层12分别与第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c绝缘隔离，第一接地金属层12和第一信号端11a、第二信号端11b、第三信号端11c分别与其对应的焊接区域呈电性连接。
而且，旋磁层20的上表面设置的中心导体30具有第一连接部30a，第二连接部30b，第三连接部30c，旋磁层20的下表面设置有第二接地金属层22和与第一连接部30a，第二连接部30b，第三连接部30c一一对应的第一连接端21a，第二连接端21b，第三连接端21c。其中，第二接地金属层22分别与第一连接端21a，第二连接端21b和第三连接端21c绝缘隔离，相对应的第一连接端21a与第一连接部30a呈电性连接，第二连接端21b与第二连接部30b呈电性连接，第三连接端21c与第三连接部30c呈电性连接。
旋磁层20设置在基板10之上，且旋磁层20的下表面与基板10的上表面呈面对面设置，旋磁层20的第二接地金属层22与基板10的第一接地金属层12呈电性连接，第一连接端21a，第二连接端21b，第三连接端21c分别与第一信号端11a，第二信号端11b，第三信号端11c一一对应且呈电性连接。
具体的，本发明中，旋磁层20下表面的连接端与其上表面设置的中心导体30的连接部呈电性连接的方式可采用：在旋磁层20设置有与相应数量的金属化过孔，连接部通过金属化过孔与旋磁层20下表面相应的连接端电性连接。或者，在旋磁层20的侧边设置有多个金属化凹槽或金属连接线；而且，每个连接部延伸至旋磁层20上表面的边缘，并通过金属化凹槽或金属连接线与旋磁层20下表面相应的连接端电性连接。
本发明中，基板10上设置的第一接地金属层12、第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c与其对应的焊接区域可以通过基板上设置的金属化过孔实现电性连接，也可通过在基板10侧边设置的金属化凹槽或金属连接线实现电性连接。
本发明的微带环行器在制作时，旋磁层和基板上的接地金属层和端口先采用印刷工艺，将银浆印刷成相应的图案，再进行银浆烧结。而旋磁层与基板的结合方式是通过在旋磁层接地面上刷一层焊膏，再将旋磁层与基板对位，然后放入高温烧结炉或者回流焊机中进行烧结。
同时，本领域技术人员可知环行器的端口数取决于中心导体的形状设计，即中心导体具有多个连接部，一般而言，环行器的端口数为三个或三个以上，具体端口数根据实际产品需求而定。
为了减小环行器在强温度冲击下出现旋磁体破裂的几率。本发明的微带环行器中，在实施时，基板10采用PCB板或陶瓷板。由于基板材质的热膨胀系数介于外部电路板和旋磁材料之间，能够缓冲强温度冲击下的内部应力，从而降低环行器出现旋磁体破裂的几率。
如图3所示，本发明的微带环行器还可以在中心导体30与永磁体40之间设置介质片50，能够调节中心导体和永磁体之间的间隙，优化磁路。进一步地，为了提高环行器的温度特性，本发明的微带环行器还可以在介质片50与永磁体40之间设置温度补偿片，从而提高环行器的温度特性。本发明中，介质片和温度补偿片采用粘接的方式实现固定。
如图4所示，本发明的微带环行器还包括匀磁片60。具体的，在基板10上开设形成用于装配匀磁片60的安装孔13，匀磁片60设置在安装孔13内，且匀磁片60的厚度与安装孔13的深度相适配，该装配孔13为盲孔。由于安装孔13开设的位置正对中心导体30，且在装配时，保证介质片50和永磁体40与匀磁片60的中心有较好的重合度，从而提高优化磁路，同时，也避免增加环行器的厚度，实现微带环行器的小型化。
在本实施例中，在基板10上的第一接地金属层12，第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c的位置分别设置相应的金属化过孔，而且通过相应的金属化过孔，第一接地金属层12，第一信号端11a，第二信号端11b和第三信号端11c分别与其对应的焊接区域实现电性连接，其中第一接地金属层12的位置设置的金属化过孔未在图4中示出。此外，本发明中的匀磁片的材质可以采用铁，或者其它强磁性材料。进一步地，匀磁片通过粘接的方式固定在基板的安装孔内。
通过仿真实验，并以频率范围、插入损耗、反向隔离和电压驻波比来测试本发明的性能。
| 增加匀磁片 | 不增加匀磁片 | |
| 频率 | 3.3～3.9GHz | 3.35～3.7GHz |
| 插入损耗 | 0.27dB | 0.36dB |
| 反向隔离 | 24.1dB | 22.5dB |
| 电压驻波比 | 1.15 | 1.18 |
而且，为了进一步地提高环行器的磁化特性，如图5所示，在永磁体40上设置有磁屏蔽罩70。从而避免永磁体的磁路扩散，使永磁体的磁路更密集地集中在环行器内部，同时，减少泄露磁场对周围元器件的干扰。
此外，本发明还提供一种隔离器，其包括本发明的微带环行器，以及微带环行器的一个或多个信号端上电性连接的负载。同时，本发明还提供一种T/R组件，其包括本发明的微带环行器，以及与微带环行器的一个或多个信号端上电性连接的收发电路。
本领域技术人员可以利用本发明的微带环行器并结合相应的元器件和电路模块，可构成具体应用的产品，如隔离器和T/R组件，此处不再赘述。
Claims (3)
1.一种微带环行器，包括旋磁层，设置在旋磁层上表面且具有多个连接部的中心导体，以及设置在中心导体上方的永磁体，其特征在于，还包括基板；
所述基板的上表面设置有第一接地金属层和多个均与所述第一接地金属层绝缘隔离的信号端，所述基板的下表面设置有多个分别与所述第一接地金属层、各个所述信号端相对应呈电性连接的焊接区域；
所述旋磁层的下表面设置有第二接地金属层和多个与所述连接部一一对应的连接端；其中，所述第一接地金属层与所述连接端绝缘隔离，相对应的所述连接部与所述连接端呈电性连接；
所述旋磁层设置在所述基板之上，且所述旋磁层的下表面与所述基板的上表面呈面对面设置；而且，所述第一接地金属层与所述第二接地金属层呈电性连接，所述连接端与所述信号端一一对应且呈电性连接，所述基板为PCB板或陶瓷板，所述旋磁层设置有多个金属化过孔，所述连接部通过所述金属化过孔与相应的所述连接端电性连接，所述旋磁层的侧边设置有多个金属化凹槽或金属连接线；而且，每个所述连接部延伸至所述旋磁层上表面的边缘，并通过所述金属化凹槽或所述金属连接线与相应的所述连接端电性连接，还包括匀磁片；而且，所述匀磁片设置在所述基板上表面开设的安装孔内，还包括介质片；而且，所述介质片设置在所述中心导体与所述永磁体之间，还包括温度补偿片；而且，所述温度补偿片设置在所述介质片与所述永磁体之间，所述永磁体上设置有磁屏蔽罩。
2.一种隔离器，其特征在于，包括如权利要求1所述的微带环行器，以及与所述微带环行器的一个或多个信号端连接的负载。
3.一种T/R组件，其特征在于，包括如权利要求1所述的微带环行器，以及与所述微带环行器的一个或多个信号端连接的收发电路。
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