CN115332745B - 一种宽阻带yig可调谐带阻滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，设于空气腔内，所述滤波器包括介质基板以及设于介质基板上的微带电路；微带电路包括输入微带线、输出微带线以及连接在输入微带线、输出微带线之间的细窄微带线；细窄微带线两侧交错连接有多个细分支微带线，细分支微带线外端连接有扇形微带线；细窄微带线上贴合设置有多个YIG单元，YIG单元包括GGG基板以及形成于GGG基板底面的YIG薄膜，YIG薄膜贴合细窄微带线设置。结构紧凑、平面化易于集成、谐振器易于制作、不需要调节晶向、整体装配难度低，调谐范围覆盖C波段和X波段和Ku波段，且具有3dB带宽宽的特点，滤波器的3dB带宽≤180MHz，最大阻带深度≤‑60dB，能够与现代通信器件设计要求更好地吻合。

Description

一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器
技术领域
本申请涉及微波磁学器件技术领域，尤其涉及一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器。
背景技术
基于铁氧体材料设计的滤波器是磁学微波领域里非常重要的一类电子器件。现有的铁氧体材料种类多样，从理论上来说，只要利用铁磁共振原理就可以设计出微波谐振器，但除单晶铁氧体之外，其余铁氧体材料都有着损耗太大的缺点，这导致设计出来的微波谐振器的Q值太低，不适用于工程应用。基于单晶铁氧体材料，尤其是单晶钇铁石榴材料（YIG单晶材料）的可调谐带阻滤波器在微波领域里扮演者非常重要的角色。现如今，国际通讯、安全、军事竞争激烈，各个领域对于接收机或者发射机提出了更严峻的要求，随着微波频段的电磁环境变得越来越复杂，通常需要对某些不需要的信号或者外来的干扰信号进行抑制，这就是带阻滤波被广泛应用的地方。但是由于想要抑制的阻带范围不可预料或者不可固定，所以常常需要组建起体积庞大的滤波器组，这是接收机和发射机小型化发展道路上的一大路障。YIG带阻滤波器和传统带阻滤波器相比，其优点就得到了显现，其具有体积小、可多倍频程调谐，Q值高、线性度高、稳定性好等优点，尤其是在可多倍频程调谐这一方面，在控制外加偏置磁场的情况下，能够极速连接并抑制灵活多变的干扰信号，同时代替体积庞大的滤波器组，实现发射机接收机小型化。
常见的基于YIG材料设计的可调谐带阻滤波器基本以YIG小球做为谐振器，如德国Teledyne公司公开了一种基于YIG小球设计的可调谐带阻滤波器，利用一条微小的圆柱形带状线缠绕多个YIG小球，通过控制外加偏置磁场的大小来激励谐振器形成陷波，达到抑制信号的目的。然而这类利用YIG小球技术设计的可调谐带阻滤波器具有一些不可忽视的缺点，以现如今的工艺和技术，尚不能很好的克服，如结构设计复杂，复杂之处在于小球的固定需要支撑杆进行支撑，同时还需要进行晶向调节，且调节到准确的晶向这一过程也十分繁琐困难，其次在YIG小球加工方面，不易制作，难点在于小球近圆的程度要求高，不易制作，成品率低。除此之外，复杂的设计结构常常伴随着大的体积，不易于集成，这也意味着磁化区域变大，最终导致功耗变大。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本申请提供一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，结构紧凑、平面化易于集成、谐振器易于制作、不需要调节晶向、整体装配难度低，调谐范围覆盖C波段、X波段和Ku波段，且具有3dB带宽宽的特点，滤波器的3dB带宽≤180MHz，最大阻带深度≤-60dB，能够与现代通信器件设计要求更好地吻合。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术：
一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，设于空气腔内，所述滤波器包括介质基板以及设于介质基板上的微带电路；
微带电路包括输入微带线、输出微带线以及连接在输入微带线、输出微带线之间的细窄微带线；
细窄微带线两侧交错连接有多个细分支微带线，细分支微带线外端连接有扇形微带线；
细窄微带线上贴合设置有多个YIG单元，YIG单元包括GGG基板以及形成于GGG基板底面的YIG薄膜，YIG薄膜贴合细窄微带线设置。
进一步，YIG单元的数量与细分支微带线数量一致。YIG单元（4）设置在细分支微带线与细窄微带线的连接处。
进一步，细分支微带线与细窄微带线具有相同的线宽。
进一步，空气腔形成于金属腔体内，金属腔体处于外加偏置磁场中。
本发明有益效果在于：
1、电路采用微带形式光刻在材料为罗杰斯5880的基板上，相比于带状线形式，加工难易程度和精度都大幅提升，且易于装配；
2、采用YIG单晶薄膜作为谐振器，相比于传统YIG单晶小球而言，在用作谐振器时，不需要调节晶向，省去了这一繁琐步骤，且不需要介质支撑杆的帮助，能够简化腔体结构设计；并省去；额小球对近圆程度的苛刻要求，只需要生长薄膜，这提高了YIG谐振器的成品率；
3、通过改变外加偏置均匀磁场的大小，就可以改变YIG的铁磁共振频率，进一步地近似线性地改变带阻滤波器的中心频率，克服了传统滤波器中心频率不可调谐的缺点；
4、采用微带线紧凑的平面化结构，体积较小，易于MMIC集成、调谐方便、装配简单；与YIG薄膜耦合处的T型结构能与YIG薄膜激励起更大的阻带带宽带宽；
5、常见的YIG可调谐带阻滤波器是一种窄带滤波器，本发明实现了宽阻带的调谐，3dB带宽能达到130MHz-180MHz，且调谐范围广，覆盖C波段、X波段和Ku波段。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构立体透视图。
图2是本申请实施例的介质基板、微带电路、YIG单元的立体结构示意图。
图3是图2中的A部放大视图。
图4是本申请实施例的介质基板、微带电路、YIG单元的侧视结构示意图。
图5是图4中的B部放大视图。
图6是本申请实施例的微带电路的俯视结构示意图。
图7是本申请实施例的滤波器在强度为5063奥斯特的外加偏置均匀磁场的情况下的结果。
图8是本申请实施例的滤波器在强度为4050奥斯特的外加偏置均匀磁场的情况下的结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例提供一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，包括金属谐振腔、腔内的平面化谐振电路。谐振腔由金属材料制成，内里填充介质为空气，以形成空气腔。平面化谐振电路包括微带电路、YIG薄膜等。
具体的，如图1所示，滤波器设于空气腔1内，包括介质基板2、设于介质基板2上的微带电路3、设于微带电路3上的YIG单元4。
空气腔1形成于金属腔体内，应用时，金属腔体处于外加偏置磁场中。
在空气腔1一端设有RF输入端口11，另一端设有RF输出端口12。
微带电路3通过光刻方式形成于介质基板2。介质基板2采用罗杰斯4350基板。
如图2~图6所示，微带电路3包括输入微带线31、输出微带线32以及连接在输入微带线31、输出微带线32之间的细窄微带线30。输入微带线31连接RF输入端口11，输出微带线32连接RF输出端口12。
细窄微带线30两侧交错连接有多个细分支微带线33，细分支微带线33外端连接有扇形微带线34。作为可选的实施形式，细分支微带线33垂直于细窄微带线30，且细分支微带线33与细窄微带线30具有相同的线宽，通过这种T型结构以及T型的两个分支线宽相同的设计，有利于激励起两个相同的阻带响应进行叠加，进而起到加宽阻带的效果。
细窄微带线30上贴合设置有多个YIG单元4，如图2~图3、图5所示，YIG单元4包括GGG基板42以及形成于GGG基板42底面的YIG薄膜41，YIG薄膜41贴合细窄微带线30设置。
具体的，一些具体实施形式中，可将YIG单元4的数量与细分支微带线33数量设置为一致。比如，在如图1~图2、图6所示的示例中，细分支微带线33数量为4个，对应的扇形微带线34也有4个，分别交错布置在细分支微带线33长度方向两侧，YIG单元4也设置了4个。具体的数量，可以根据实际应用的需求而调整。通过设置为两者一致，可以更好的利用耦合激励提高宽阻带效果。
具体的，在一些优选的实施方式中，将YIG单元4设置在细分支微带线33与细窄微带线30的连接处，比如在如图2~图3所示的示例中，在连接处的正中心设置YIG单元4，从而可以使得YIG薄膜41同时跟两根较细的微带线产生耦合激励，实现更宽的阻带带宽。
本实例所列举的示例，在施加一定强度的外加偏置磁场的情况下，当与YIG薄膜41在外加偏置磁场的条件下产生磁矩进动的频率相同的输入信号从输入微带线31输入，输出信号从输出微带线32输出时，激发铁氧体材料产生铁磁共振现象，此时将不断受输入信号产生的射频磁场的作用而无衰减地进动下去，此时铁氧体材料吸收大量能量，在呈现低通特性地通带内实现具有一定带宽和阻带深度的阻带，随着外加偏置磁场强度的改变，铁氧体材料铁磁共振的中心频率也随之改变，进而达到了阻带中心频率在通带内可调的目的。
当外加均匀偏置磁场5063奥斯特时，得到的结果如图7所示，该偏置磁场所对应的中心频率 f0=14.9GHz处产生了较大的阻带带宽，3dB带宽为140MHz，最大阻带深度达到-60dB。
当外加均匀偏置磁场4050奥斯特时，得到的结果如图8所示，该偏置磁场所对应的中心频率f0=11.75GHz处产生了的阻带带宽，3dB带宽为160MHz，最大阻带深度达到-50Db。
当改变外加偏置均匀磁场的强度1012奥斯特—5080奥斯特时，该滤波器可调谐范围为3GHz—15GHz。
本实例的滤波器，结构紧凑、平面化易于集成、谐振器易于制作、不需要调节晶向、整体装配难度低，调谐范围覆盖C波段和X波段和Ku波段，且具有3dB带宽宽的特点，滤波器的3dB带宽≤180MHz，最大阻带深度≤-60dB，能够与现代通信器件设计要求更好地吻合。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，设于空气腔（1）内，其特征在于，所述滤波器包括介质基板（2）以及设于介质基板（2）上的微带电路（3）；
微带电路（3）包括输入微带线（31）、输出微带线（32）以及连接在输入微带线（31）、输出微带线（32）之间的细窄微带线（30）；
细窄微带线（30）两侧交错连接有多个细分支微带线（33），细分支微带线（33）垂直于细窄微带线（30），细分支微带线（33）外端连接有扇形微带线（34）；
细窄微带线（30）上贴合设置有多个YIG单元（4），YIG单元（4）的数量与细分支微带线（33）数量一致，YIG单元（4）设置在细分支微带线（33）与细窄微带线（30）的连接处，YIG单元（4）包括GGG基板（42）以及形成于GGG基板（42）底面的YIG薄膜（41），YIG薄膜（41）贴合细窄微带线（30）设置。
2.根据权利要求1所述的宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，空气腔（1）一端设有RF输入端口（11），另一端设有RF输出端口（12），输入微带线（31）连接RF输入端口（11），输出微带线（32）连接RF输出端口（12）。
3.根据权利要求1所述的宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，细分支微带线（33）与细窄微带线（30）具有相同的线宽。
4.根据权利要求1所述的宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，介质基板（2）采用罗杰斯4350基板。
5.根据权利要求1所述的宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，微带电路（3）通过光刻方式形成于介质基板（2）。
6.根据权利要求1所述的宽阻带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，空气腔（1）形成于金属腔体内，金属腔体处于外加偏置磁场中。
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