CN116666931B - 一种微波器件及一种微波设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波器件及一种微波设备，包括：环行器/隔离器部分，包含：基板，具有基体材料以及嵌合在该基体材料的板孔中的铁氧体；载板，设置在所述基板的下表面上；环行器/隔离器电路，设置在所述基板上表面上并位于对应铁氧体上方；电阻片，设置在对应环行器/隔离器电路上表面；永磁体，设置在对应陶瓷片的上表面；信号调整部分，包含：信号调整电路，设置在所述基板上表面上并位于所述基体材料上方，且与所述环行器/隔离器电路级联在一起；其中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路是在所述基板上表面一体加工成型的。相比于需要将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件明显节省了级联安装时间，降低用户的使用难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波器件及一种微波设备。此外，本发明还涉及一种微波器件的制造方法。
背景技术
环行器/隔离器是微波工程中一类重要的基础性器件，其广泛应用于民用通讯、微波测量、雷达、通信、电子对抗、航空航天等各种民用、军用微波设备中，在微波设备中主要用来实现天线收发共用，级间隔离等问题。近年来，基于MEMS（微机电系统）技术的陶瓷嵌套铁氧体微带环行器/隔离器逐渐开始替代铁氧体基微带环行器，在相控阵雷达、电子对抗等军事领域普遍应用。
这类陶瓷嵌套铁氧体微带环行器/隔离器可以从诸如公开号为CN115313012A的专利文献等现有技术中所了解。通常可以描述为包含：基板，具有基体材料以及嵌合在该基体材料的板孔中的铁氧体；载板，设置在基板的下表面上；环行器/隔离器电路，设置在基板上表面上并位于对应铁氧体上方；电阻片，设置在对应环行器/隔离器电路上表面；永磁体，设置在对应陶瓷片的上表面。环行器/隔离器电路具体利用集成电路制造技术形成在基板上。
遗憾的是，陶瓷嵌套铁氧体微带环行器/隔离器在功能拓展上的潜力尚未被充分的意识和挖掘。因此，目前的陶瓷嵌套铁氧体微带环行器/隔离器仅就作为环行器/隔离器而已。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波器件及一种微波设备，在借鉴陶瓷嵌套铁氧体微带环行器/隔离器的结构的基础上，有效拓展了环行器/隔离器的功能，解决了环行器/隔离器功能单一的问题。此外，本发明还提供了一种微波器件的制造方法。
第一个方面，提供了一种微波器件，包括：环行器/隔离器部分，包含：基板，具有基体材料以及嵌合在该基体材料的板孔中的铁氧体；载板，设置在所述基板的下表面上；环行器/隔离器电路，设置在所述基板上表面上并位于对应铁氧体上方；电阻片，设置在对应环行器/隔离器电路上表面；永磁体，设置在对应陶瓷片的上表面；信号调整部分，包含：信号调整电路，设置在所述基板上表面上并位于所述基体材料上方，且与所述环行器/隔离器电路级联在一起；其中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路是在所述基板上表面一体加工成型的。
根据本发明的实施例，所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路构成薄膜电路；该薄膜电路中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位与所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路是一体的且不存在专门级联匹配电路的薄膜电路。
根据本发明的实施例，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位的线路宽度无突变。
根据本发明的实施例，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位由阻抗为50欧姆的连接线构成。
根据本发明的实施例，所述薄膜电路经由两次高频电磁仿真设计而成，第一次高频电磁仿真设计时分别对所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路进行高频电磁仿真设计，第二次高频电磁仿真设计时对由所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路组成的整体电路进行高频电磁仿真设计。
根据本发明的实施例，所述信号调整电路包含功率合成电路、功分电路、滤波电路、信号耦合电路中的至少一种；并且，当所述信号调整电路包含分别与所述环行器/隔离器部分连接的至少两个输入端或至少两个输出端时，所述环行器/隔离器部分具有与所述至少两个输入端或所述至少两个输出端一一对应的一组环行器/隔离器；所述一组环行器/隔离器包含间隔排列在所述基体材料上的一组所述板孔以及与这一组板孔一一对应设置的一组所述铁氧体、一组所述环行器/隔离器电路、一组所述电阻片以及一组所述永磁体。
根据本发明的实施例，所述信号调整电路为一个M路功率合成电路，其中M为≥3或4的整数。
根据本发明的实施例，所述基体材料由氧化铝陶瓷制成。所述载板为铁板。所述电阻片由氧化铝陶瓷制成。
根据本发明的实施例，所述载板的下表面设有金属镀层，所述载板设置在所述金属镀层的下表面上。
根据本发明的实施例，所述基板上位于所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路的旁侧开设有通孔，使用时所述通孔中用于嵌合安装铝柱。
第二个方面，提供了一种微波设备，其采用了上述第一个方面的一种微波器件。
第三个方面，提供了一种微波器件的制造方法，包括：将基体材料加工为带有板孔的板状结构，然后再在所述板孔中嵌入铁氧体后得到基板；在所述基板的上表面上形成一体加工成型的环行器/隔离器电路与信号调整电路从而得到复合电路基板，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路级联在一起，所述环行器/隔离器电路位于对应铁氧体上方；将复合电路基板的下表面连接在载板上，并在对应环行器/隔离器电路上表面依次安装电阻片和永磁体，从而得到微波器件；其中，所述微波器件包括：1)环行器/隔离器部分，该环行器/隔离器部分具体包含：基板，具有基体材料以及嵌合在该基体材料的板孔中的铁氧体；载板，设置在所述基板的下表面上；环行器/隔离器电路，设置在所述基板上表面上并位于对应铁氧体上方；电阻片，设置在对应环行器/隔离器电路上表面；永磁体，设置在对应陶瓷片的上表面；以及2)信号调整部分，该信号调整部分具体包含：信号调整电路，设置在所述基板上表面上并位于所述基体材料上方，且与所述环行器/隔离器电路级联在一起，所述信号调整电路与所述环行器/隔离器电路是在所述基板上表面一体加工成型的。
根据本发明的实施例，通过薄膜电路制造工艺在所述基板的上表面上形成具有所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路的薄膜电路；该薄膜电路中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路的连接部位与所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路是一体的且不存在专门级联匹配电路的薄膜电路。
根据本发明的实施例，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位的线路宽度无突变。
根据本发明的实施例，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路的连接部位由阻抗为50欧姆的连接线构成。
根据本发明的实施例，所述薄膜电路经由两次高频电磁仿真设计而成，第一次高频电磁仿真设计时分别对所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路进行高频电磁仿真设计，第二次高频电磁仿真设计时对由所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路组成的整体电路进行高频电磁仿真设计。根据本发明的实施例，所述薄膜电路制造工艺具体采用薄膜溅射工艺。
根据本发明的实施例，所述信号调整电路包含功率合成电路、功分电路、滤波电路、信号耦合电路中的至少一种；并且，当所述信号调整电路包含分别与所述环行器/隔离器部分连接的至少两个输入端或至少两个输出端时，所述环行器/隔离器部分具有与所述至少两个输入端或所述至少两个输出端一一对应的一组环行器/隔离器；所述一组环行器/隔离器包含间隔排列在所述基体材料上的一组所述板孔以及与这一组板孔一一对应设置的一组所述铁氧体、一组所述环行器/隔离器电路、一组所述电阻片以及一组所述永磁体。
根据本发明的实施例，所述信号调整电路为一个M路功率合成电路，其中M为≥3或4的整数。
根据本发明的实施例，所述基体材料由氧化铝陶瓷制成。所述载板为铁板。所述电阻片由氧化铝陶瓷制成。
根据本发明的实施例，通过真空烧结工艺将复合电路基板的下表面连接在载板上。
根据本发明的实施例，通过单组分环氧胶在对应环行器/隔离器电路上表面依次胶接和固化安装电阻片和永磁体。
根据本发明的实施例，将基体材料加工为带有板孔的板状结构时，在所述基体材料上开设有通孔，所述通孔的位置位于所述微波器件中所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路的旁侧，使用时所述通孔中用于嵌合安装铝柱。
根据本发明的实施例，在复合电路基板的下表面设置金属镀层，再将所述载板设置在所述金属镀层的下表面上。
根据上述内容，本发明的微波器件通过巧妙利用环行器/隔离器部分的基体材料上表面的空间设置信号调整电路，实现环行器/隔离器部分与信号调整部分的一体化级联。这样，微波器件既具备了环行器/隔离器的功能，同时又具备了信号调整电路的功能（如功率合成、功分、滤波或信号耦合等）。
本发明的微波器件具备以下优势：
一、相比于需要将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件所存在的级联安装连接处缝隙会影响微波器件间接地的连续性，从而影响级联电性能指标特别是插入损耗和电压驻波比，本发明的微波器件的环行器/隔离器电路与信号调整电路为整体金属化，不存在接地问题，微波性能实现大幅提升。
二、相比于需要将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件明显节省了级联安装时间，降低用户的使用难度。
三、本发明的微波器件的环行器/隔离器电路与信号调整电路为整体金属化，可靠性指标较将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件更高。
四、本发明的微波器件的环行器/隔离器部分基于异质材料设计，可实现较大的功率容量、较小的插入损耗和较大的工作带宽。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明提供的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本申请的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本申请，但不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一种微波器件的爆炸图。
图2为图1所示微波器件的组装示意图。
图3为图1所示微波器件的基板上表面环行器/隔离器电路与信号调整电路分布区域示意图。
图4为本发明实施例一种微波器件的基板上表面环行器/隔离器电路与信号调整电路的一种分布区域示意图。
图5为本发明实施例一种微波器件的基板上表面环行器/隔离器电路与信号调整电路的另一种分布区域示意图。
图中标记为：基板1，基体材料11，板孔111，铁氧体12，区域一1A，区域二1B，载板2，环行器/隔离器电路3，电阻片4，永磁体5，信号调整电路6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
下述说明中涉及到的本发明实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。
本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
图1为本发明实施例一种微波器件的爆炸图。图2为图1所示微波器件的组装示意图。如图1-图2所示，一种微波器件，包括：
1)环行器/隔离器部分，所述环行器/隔离器部分具体包含：
基板1，具有基体材料11和嵌合在基体材料11的板孔111中的铁氧体12；
载板2，设置在所述基板1的下表面上；
环行器/隔离器电路3，设置在基板1上表面上并位于对应铁氧体12上方；
电阻片4，设置在对应环行器/隔离器电路3上表面；
永磁体5，设置在对应电阻片4的上表面；
2)信号调整部分，所述信号调整部分具体包含：
信号调整电路6，设置在所述基板1上表面上并位于所述基体材料11上方，且与所述环行器/隔离器电路3级联在一起；
其中，所述环行器/隔离器电路3与所述信号调整电路6是在所述基板1上表面一体加工成型的。
环行器/隔离器部分的基本原理是：环行器/隔离器电路3基于铁氧体材料，通过永磁体5施加的外加磁场磁化后具有信号定向传输的功能。
其中，基板1的基体材料11、载板2、电阻片4和永磁体5可以采用与现有类似环行器/隔离器对应部分相同或性能相近的材料。
一种具体实施方式中，所述基体材料11由氧化铝陶瓷（氧化铝陶瓷是目前认为能与铁氧体12复合嵌套的材料中最理想）制成；所述载板2为铁板（导磁性优异，具体可采用纯铁）；所述电阻片4由氧化铝陶瓷（介电常数高）制成。
通常的实施方式中，所述环行器/隔离器电路3和所述信号调整电路6构成薄膜电路。
上述微波器件通过巧妙利用环行器/隔离器部分的基体材料11上表面的空间设置信号调整电路6，实现环行器/隔离器部分与信号调整部分的一体化级联。这样，微波器件既具备了环行器/隔离器的功能，同时又具备了信号调整电路6的功能（如功率合成、功分、滤波或信号耦合等）。
本发明的微波器件具备以下优势：
一、相比于需要将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件所存在的级联安装连接处缝隙会影响微波器件间接地的连续性，从而影响级联电性能指标特别是插入损耗和电压驻波比，本发明的微波器件的环行器/隔离器电路3与信号调整电路6为整体金属化，不存在接地问题，微波性能实现大幅提升。
二、相比于需要将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件明显节省了级联安装时间，降低用户的使用难度。
三、本发明的微波器件的环行器/隔离器电路3与信号调整电路6为整体金属化，可靠性指标较将不同功能的微波器件级联安装的传统级联安装组件更高。
四、本发明的微波器件的环行器/隔离器部分基于异质材料设计，可实现较大的功率容量、较小的插入损耗和较大的工作带宽。
通常而言，所述信号调整电路6包含功率合成电路、功分电路、滤波电路、信号耦合电路中的至少一种；并且，当所述信号调整电路6包含分别与所述环行器/隔离器部分连接的至少两个输入端或至少两个输出端时（例如，信号调整电路6为功率合成电路或功分电路时所述信号调整电路6必然具有至少两个输入端或至少两个输出端），所述环行器/隔离器部分具有与所述至少两个输入端或所述至少两个输出端一一对应的一组环行器/隔离器；所述一组环行器/隔离器包含间隔排列在所述基体材料上的一组所述板孔111以及与这一组板孔111一一对应设置的一组所述铁氧体12、一组所述环行器/隔离器电路3、一组所述电阻片4以及一组所述永磁体5。
如图1-图2所示，一种具体实施方式中，所述信号调整电路6具体为一个四路功率合成电路（由此，该微波器件也可称为四路功率合成器），该四路功率合成电路具有四个输入端和一个输出端，这四个输入端分别与上述一组环行器/隔离器（由四个环行器/隔离器组成）中的每个环行器/隔离器一一对应相连。
更具体的，上述一组环行器/隔离器在共用基板1和载板2的同时，这一组环行器/隔离器均为三端口环行器，三端口环行器的端口按照循环方向依次称为端口一、端口二和端口三，这些三端口环行器的端口一（输入端）沿基板1的一侧边缘间隔排列设置（如图2所示），这些三端口环行器的端口二（输出端）分别与所述四路功率合成电路的四个输入端一一对应相连，这些三端口环行器的端口三（用于连接负载）则布置在对应端口一的旁侧。
这时，从基板1的上表面上看，环行器/隔离器电路3在基板1的上表面上占据的区域（可称为区域一）与信号调整电路6在基板1的上表面上占据的区域（可称为区域二）将如图3所示。如图3所示，区域一1A与区域二1B在基板1的上表面形成两层层状布局。
其他实施方式中，可以对区域一和区域二的布局进行调整优化，从而可以此为基础设计形状和端口方向不同的微波器件，以适应不同的安装使用需求。
例如，图4为本发明实施例一种微波器件的基板上表面环行器/隔离器电路与信号调整电路的一种分布区域示意图，如图4所示，区域一1A与区域二1B在基板1的上表面形成三层层状布局，该三层层状布局的左右两侧分别与区域一1A，中间为区域二1B。每层区域一1A中，沿区域一1A的长度方向间隔布置环行器/隔离器电路3，这些环行器/隔离器电路3的输入端布置在基板1的侧边上。图4所示的布局方式有助于缩短微波器件的长度。
又如，图5为本发明实施例一种微波器件的基板上表面环行器/隔离器电路与信号调整电路的另一种分布区域示意图，如图5所示，在图所示的布局方式基础上，使相邻区域一1A之间形成一个夹角，这样可以让整个电路结构更紧凑。
此外，通常而言，上述薄膜电路中，所述环行器/隔离器电路3与所述信号调整电路6之间的连接部位与所述环行器/隔离器电路3以及所述信号调整电路6是一体的且不存在专门级联匹配电路的薄膜电路。
具体的，所述环行器/隔离器电路3与所述信号调整电路6之间的连接部位的线路宽度无突变。
具体的，所述环行器/隔离器电路3与所述信号调整电路6之间的连接部位由阻抗为50欧姆的连接线构成。
通常而言，所述薄膜电路经由两次高频电磁仿真设计而成，第一次高频电磁仿真设计时分别对所述环行器/隔离器电路3和所述信号调整电路6进行高频电磁仿真设计，第二次高频电磁仿真设计时对由所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路组成的整体电路进行高频电磁仿真设计。
此外，可选的，所述基板1上位于所述环行器/隔离器电路3以及所述信号调整电路6的旁侧开设有通孔，使用时所述通孔中用于嵌合安装铝柱。这样，可以通过铝柱防止信号在空间的自谐振。
本发明上述实施例的微波器件的制造方法可以包括：
S1：将基体材料加工为带有板孔111的板状结构，然后再在所述板孔111中嵌入铁氧体12后得到基板1。
S2：在所述基板1的上表面上形成一体加工成型的环行器/隔离器电路3与信号调整电路6从而得到复合电路基板，所述环行器/隔离器电路3与所述信号调整电路6级联在一起，所述环行器/隔离器电路3位于对应铁氧体12上方。
S3：将复合电路基板的下表面连接在载板2上，并在对应环行器/隔离器电路3上表面依次安装电阻片4和永磁体5，从而得到微波器件。
其中，所述薄膜电路制造工艺具体可以采用薄膜溅射工艺。
其中，可通过真空烧结工艺将复合电路基板的下表面连接在载板2上。
其中，可通过单组分环氧胶在对应环行器/隔离器电路3上表面依次胶接和固化安装电阻片4和永磁体5。
上述方法中，还可在复合电路基板的下表面设置金属镀层，然后再将所述载板2设置在所述金属镀层的下表面上。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的范围。
Claims (9)
1.一种微波器件，包括：
环行器/隔离器部分，包含：
基板，具有基体材料以及嵌合在该基体材料的板孔中的铁氧体；
载板，设置在所述基板的下表面上；
环行器/隔离器电路，设置在所述基板上表面上并位于对应铁氧体上方；
电阻片，设置在对应环行器/隔离器电路上表面并由氧化铝陶瓷制成；
永磁体，设置在对应电阻片的上表面；
其特征在于：
还包括：
信号调整部分，包含：
信号调整电路，设置在所述基板上表面上并位于所述基体材料上方，且与所述环行器/隔离器电路级联在一起；
其中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路是在所述基板上表面一体加工成型的，所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路构成薄膜电路；
其中，所述基体材料由氧化铝陶瓷制成，所述信号调整电路设置在氧化铝陶瓷上；
并且，所述信号调整电路包含功率合成电路或功分电路，所述功率合成电路或功分电路包含分别与所述环行器/隔离器部分连接的至少两个输入端或至少两个输出端，所述环行器/隔离器部分具有与所述至少两个输入端或所述至少两个输出端一一对应的一组环行器/隔离器，所述功率合成电路或功分电路的至少两个输入端或至少两个输出端分别与一一对应的一个环行器/隔离器的输出端或输入端连接；
所述一组环行器/隔离器包含间隔排列在所述基体材料上的一组所述板孔以及与这一组板孔一一对应设置的一组所述铁氧体、一组所述环行器/隔离器电路、一组所述电阻片以及一组所述永磁体。
2.如权利要求1所述的一种微波器件，其特征在于：所述薄膜电路中，所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位与所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路是一体的且不存在专门级联匹配电路的薄膜电路。
3.如权利要求2所述的一种微波器件，其特征在于：所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位的线路宽度无突变。
4.如权利要求3所述的一种微波器件，其特征在于：所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路之间的连接部位由阻抗为50欧姆的连接线构成。
5.如权利要求2所述的一种微波器件，其特征在于：所述薄膜电路经由两次高频电磁仿真设计而成，第一次高频电磁仿真设计时分别对所述环行器/隔离器电路和所述信号调整电路进行高频电磁仿真设计，第二次高频电磁仿真设计时对由所述环行器/隔离器电路与所述信号调整电路组成的整体电路进行高频电磁仿真设计。
6.如权利要求1所述的一种微波器件，其特征在于：所述信号调整电路为一个M路功率合成电路，其中M为≥3或4的整数。
7.如权利要求1所述的一种微波器件，其特征在于：所述载板为铁板；并且/或者，所述载板的下表面设有金属镀层，所述载板设置在所述金属镀层的下表面上。
8.如权利要求1所述的一种微波器件，其特征在于：所述基板上位于所述环行器/隔离器电路以及所述信号调整电路的旁侧开设有通孔，使用时所述通孔中用于嵌合安装铝柱。
9.一种微波设备，其特征在于：其采用了如权利要求1-8中任意一项权利要求所述的一种微波器件。
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