CN114978076A - 一种小型化旋磁滤波器集成组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化旋磁滤波器集成组件，属于磁性器件技术领域，包括下磁路（11）、上磁路（12）、驱动器（3）、谐振电路（4）、线圈L1（51）和线圈L2（52），上磁路（12）在顶部开设有一腔体，驱动器（3）安装在该腔体内；谐振电路（4）位于由上磁路（12）、下磁路（11）形成的工作气隙内；线圈L1（51）与线圈L2（52）按相同绕向串接后套在下磁路（11）极柱上；本发明的组件体积能够大幅减少50%以上，还能够提高驱动器对滤波器工作频率的补偿精度；而且减少了故障模式点，方便了调试工序对谐振电路参数的调整。

Description

一种小型化旋磁滤波器集成组件

技术领域

本发明涉及磁性器件技术领域，尤其涉及一种小型化旋磁滤波器集成组件。

背景技术

旋磁滤波器组件广泛应用于电子系统中。

现有技术中，旋磁滤波器组件的结构如图1所示，由滤波器单元a和驱动器单元b及金属连接底板c，其内部结构连接示意图如图2所示：

其中，所示滤波器单元a主要由磁路和谐振电路构成，磁路为自屏蔽的罐型结构，内部设置有磁场调谐线圈，线圈通过电流后磁路内部工作气隙产生磁场，该磁场将随线圈电流变化而变化。谐振电路由谐振腔体、谐振器、同轴电缆组件等构成，在磁路气隙场激励下，实现对应磁场的滤波频率响应，频率响应随磁场变化而变化；

所述驱动器单元b是可控电流源，其功能是输出稳定且可调节的电流到磁路调谐线圈中，实现从电流到磁场再到滤波频率的调节，同时驱动器还兼备对滤波器频率温漂的补偿功能，如图2所示，驱动器单元b主要由主控电路、取样电阻（Rs）、电流放大三极管（Q）、温度传感器（T）等分立单元构成，并根据功耗情况分布在金属壳体内。主控电路的基板主要采用FR4材料，导热性差，排布的是驱动器中功耗小的元件，悬空安装在壳体内；取样电阻（Rs）、电流放大三极管（Q）相对功耗大，安装时分布在驱动器金属壳体底部便于散热；温度传感器（T）靠近滤波器便于采集滤波器的温度数据；

现有的上述旋磁滤波器组件，整体结构靠一金属连接底板c连接滤波器单元a与驱动器单元b，金属连接底板c除了连接功能外还起着滤波器单元a与驱动器单元b间热量相互传导的作用，且需要一定的厚度减小热阻。

现有的上述旋磁滤波器组件，主要存在以下缺点：

1）组件组合后尺寸大：

滤波器单元a与驱动器单元b分为两个独立单元，采用金属连接底板c连接一体后组合尺寸大；

2）滤波器与驱动器间存在温差：

滤波器单元a与驱动器单元b均消耗功率而发热，但是两个单元消耗的功率、热容量、散热状态等有差异，使滤波器与驱动器间存在温差。滤波器谐振响应频率是温度的函数，响应频率的温补是利用驱动器电路中温度传感器的反馈数据进行的，但是温度传感器设计在驱动器单元中，若两个单元温差大，则温度补偿准确度存在误差；

3）内部连接导线多

驱动器内部有分立的取样电阻、电流放大三极管、温度传感器，且均需要两至三根导线与主电路连接，驱动器与滤波器内部的调谐线圈也需要导线连接，而采用导线连接存在各单元、部件相互牵连的问题，在调试操作过程中存在断裂或断裂隐患等故障模式，且组件维修性差（比如，磁滤波器对谐振电路耦合参数的调试需要分开上下磁路）。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种小型化旋磁滤波器集成组件，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种小型化旋磁滤波器集成组件，包括下磁路、上磁路、驱动器、谐振电路、线圈L1和线圈L2，其中，所述上磁路在顶部开设有一腔体并配置匹配所述腔体的驱动器盖板，所述驱动器安装在该腔体内；所述谐振电路位于由所述上磁路、下磁路形成的工作气隙内；所述线圈L1与线圈L2按相同绕向串接后套在所述下磁路极柱上；所述驱动器与线圈L1、线圈L2电连接。

本发明通过将驱动器安装在滤波器的上磁路中，取消了现有设计的独立驱动器单元与安装底板，从而使得旋磁滤波器集成组件的尺寸能够减小1/3左右。

作为优选的技术方案：所述驱动器的主控电路基板采用基于多层陶瓷的电路基板，本发明的基于多层陶瓷的电路基板，可以是LTCC，即多层低温共烧陶瓷，也可以是HTCC，即多层高温共烧陶瓷；在减小尺寸的同时增加了驱动器电路的导热性，有益于组件整体的热稳定与热平衡。优选采用“基于多层陶瓷”的基板主要目的是小型化后的散热性考虑，因为其他介质的基板也能减小体积。

作为进一步优选的技术方案：所述驱动器内的温度传感器、电流放大三极管均设置在主控电路基板上；不仅减少单独安装需要的空间位置，与取样电阻优选措施（即取消取样电阻）共同预估，驱动器整体高度方向减小比例约为1/2以上，同时能够取消连接导线，从而解决现有技术中因为各单元、部件相互牵连，导致在调试操作过程中存在断裂或断裂隐患等故障模式的问题。

作为优选的技术方案：所述线圈L1由紫铜漆包线绕制，所述线圈L2由康铜合金漆包线绕制，两个线圈均套在下磁路极柱上，所述线圈L2一端接地，另一端与线圈L1同绕向串接。即线圈L1采用普通紫铜漆包线绕制，线圈L2由康铜合金漆包线绕制，线圈L2起着调谐线圈和取样电阻的双重作用，驱动器单元设计减少了取样电阻Rs安装的空间位置，从而使组件进一步小型化。

作为优选的技术方案：所述驱动器与线圈L1、线圈L2的电连接采用连接器进行互连。

作为进一步优选的技术方案：采用接触式连接器实现驱动器与线圈L1、线圈L2的电连接。可取消现有技术中互连的连接导线，进一步解决在调试操作过程中存在断裂或断裂隐患等故障模式的问题，即其具有磁场调谐与电压取样双重功能，从而减少上磁路驱动器内大功率取样电阻安装空间，利于上磁路中驱动器整体尺寸小型化。

本发明的工作原理：

（1）整体结构设计：

在旋磁滤波器单元中，磁路的功能是提供宽范围可调节的直流偏置磁场，其中磁路设计的要点是整个磁通路径获得小的磁阻以及对外与对内形成好的电磁屏蔽性，在上磁路安装驱动器需要以不破坏磁通路径与屏蔽效果为前提，见图4剖视图所示，本发明驱动器安装位置设计在上磁路顶部，没有破坏整体磁路的磁通路径；在电磁屏蔽性方面，滤波器单元与现有技术没有变化，单驱动器单元现有技术采用的是铝合金材料，不具备磁屏蔽功能，本发明将驱动器安装在上磁路内，而上磁路是采用软磁合金材料，从而增加了磁屏蔽能力，屏蔽效果优于现有技术；本发明的驱动器优选采用散热性好的陶瓷电路基板，将除了取样电阻Rs外的所有元器件一体SiP集成，从而能够解决现有技术采用导线连接电流放大三极管、温度传感器的问题。

（2）调谐线圈/取样电阻联合设计：

调谐线圈是磁路内主要部件，通过其匝数确定滤波器频率调谐的灵敏度，减小线圈匝数，调谐灵敏度就会降低，意味着滤波器工作电流、功耗增加；取样电阻Rs是实现驱动器电流稳定的关键元件，在驱动器单元中具有较大的体积，是影响驱动器小型化设计的重要因素。本发明对滤波器的调谐线圈与驱动器的取样电阻Rs进行联合设计，如图3中，线圈L1由常规紫铜漆包线绕制，线圈L2由康铜合金漆包线绕制，两个线圈均套在下磁路极柱上，线圈L2一端接地，另一端与线圈L1同绕向串接，此时按图5所示连接，线圈L2将起着调谐线圈和取样电阻Rs的双重作用，使得驱动器单元设计时可不再考虑取样电阻Rs安装的空间位置，利于驱动器单元尺寸减小。同时调谐线圈整体匝数是线圈L1加线圈L2的匝数，没有减少调谐线圈的整体匝数，因此本发明的联合设计不会降低滤波器调谐灵敏度；

（3）温度补偿设计：

本发明组件结构滤波器与驱动器两个单元处于相同金属合金内，由于结构紧凑，彼此间热阻小，两个单元能够快速实现热平衡，与现有技术比较更利于温度传感器进行适时的温度补偿。

本发明将旋磁滤波器组件中滤波器与驱动器两个单元进行联合设计，改变了滤波器单元与驱动器单元分立设计的传统，减小组件体积，采用了上述结构在P-Ku波段实现旋磁滤波器组件相对现有设计体积减小50%以上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）将驱动器单元与滤波器单元上磁路一体设计，减少了驱动器壳体与连接底板，体积比现有技术方案大幅减少50%以上；

2）滤波器与驱动器集成设计后，两个单元温度趋于相同，且能够快速实现热平衡，有利于提高驱动器对滤波器工作频率的补偿精度；

3）优选技术方案调谐线圈与取样电阻联合设计，不降低滤波器调谐灵敏度，同时减少驱动器单元取样电阻安装空间位置；

4）优选技术方案中取消了导线连接方式，减少了故障模式点，方便了调试工序对谐振电路参数的调整。

附图说明

图1为现有磁调谐滤波组件外部结构示意图；

图2为现有磁调谐滤波组件内部结构连接示意图；

图3为本发明实施例1磁调谐滤波组件外部结构示意图。

图4为本发明实施例1磁调谐滤波组件剖面结构示意图。

图5为本发明实施例1磁调谐滤波组件内部结构连接示意图。

图中：11、下磁路；12、上磁路；2、驱动器盖板；3、驱动器；4、谐振电路；51、线圈L1；52、线圈L2；a、滤波器单元；b、驱动器单元；c、金属连接底板。

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：

本实施例以L-C波段磁调谐带通滤波组件为例，对本发明进行进一步的解释说明。

参见图3、图4和图5，L-C波段磁调谐带通滤波组件：包括下磁路11、上磁路12、驱动器盖板2、驱动器3、谐振电路4、线圈L151和线圈L252；图3中的虚线之上的部分为驱动器3所在的部分；

其中，所述上磁路12在顶部开设有一腔体并配置匹配所述腔体的驱动器盖板2，所述驱动器3安装在该腔体内；所述谐振电路4位于由所述上磁路12、下磁路11形成的工作气隙内；所述线圈L151与线圈L252按相同绕向串接后套在所述下磁路11极柱上；

本实施例在上磁路12顶部加工驱动器安装腔及驱动器盖板2，驱动器3的主控电路基板采用多层陶瓷基板，电流放大三极管Q、温度传感器T均设计在主控电路基板上，线圈L151采用紫铜漆包线，线圈L252采用康铜合金漆包线，本领域技术人员知晓的，康铜合金漆包线是成熟产品，市售产品很多，比如本实施例可以采用天器合金6j40，当然本发明的康铜合金漆包线并不限于该厂家及该牌号，线圈L252一端接地，一端连接线圈L151；线圈L151、线圈L252与驱动器3间采用低频互联器进行电连接，便于调试工序中上下磁路分开后对谐振电路参数的调整。

若按现有分离设计方案对L-C波段磁调谐带通滤波组件进行小型化设计，同样采用基于多层陶瓷基板的小型化驱动器方案，尺寸约为60mm×30mm×17.5mm，其外形参见图1。采用本实施例集成技术方案后，组件产品尺寸实现30mm×30mm×17.5mm，体积只有现有技术设计方案的50%。

实施例2

本实施例与实施例1相比，只是“将驱动器安装在上磁路中”，整个组件长度方向尺寸将在高度方向部分叠加，整体将减小安装底板与驱动器部分壳体的尺寸，尺寸缩小1/3左右，即尺寸仅为现有技术设计方案的2/3左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：包括下磁路（11）、上磁路（12）、驱动器（3）、谐振电路（4）、线圈L1（51）和线圈L2（52），其中，所述上磁路（12）在顶部开设有一腔体并配置匹配所述腔体的驱动器盖板（2），所述驱动器（3）安装在该腔体内；所述谐振电路（4）位于由所述上磁路（12）、下磁路（11）形成的工作气隙内；所述线圈L1（51）与线圈L2（52）按相同绕向串接后套在所述下磁路（11）极柱上；所述驱动器（3）与线圈L1（51）、线圈L2（52）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：所述驱动器（3）的主控电路基板采用基于多层陶瓷的电路基板。

3.根据权利要求2所述的一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：所述驱动器（3）内的温度传感器（T）、电流放大三极管（Q）均设置在主控电路基板上。

4.根据权利要求1所述的一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：所述线圈L1（51）由紫铜漆包线绕制，所述线圈L2（52）由康铜合金漆包线绕制，两个线圈均套在下磁路（11）极柱上，所述线圈L2（52）一端接地，另一端与线圈L1（51）同绕向串接。

5.根据权利要求1所述的一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：所述驱动器（3）与线圈L1（51）、线圈L2（52）的电连接采用连接器进行互连。

6.根据权利要求5所述的一种小型化旋磁滤波器集成组件，其特征在于：采用接触式连接器实现驱动器（3）与线圈L1（51）、线圈L2（52）的电连接。

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