TW201607136A - 設置於電路板上之鐵氧體移相器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供關於設置於電路板上之鐵氧體移相器之系統及方法。在至少一實施例中，該系統包括：一波導鐵氧體移相器，其經組態以在該波導鐵氧體移相器之末端之間縱向傳播電磁能；一帶狀線電路板，其包含一導電跡線；及一或多個導電接腳，其等經組態以在該導電跡線與該波導鐵氧體移相器之一末端之間耦合電磁能。該波導鐵氧體移相器包括：至少一鐵磁芯，其縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該等末端之間；至少一介電平板，其毗連該鐵磁芯之一側且抵於該鐵磁芯縱向延伸通過該波導鐵氧體移相器；及一金屬化矩形外殼，其圍封該鐵磁芯及該介電平板且縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該等末端之間。
Description
移相器在許多射頻(RF)電路應用中(例如，在相控天線陣列中)起到一重要作用。由於鐵氧體移相器之低插入損耗、高承受功率、快速切換、高解析度及高精確度，鐵氧體移相器係用於非主動RF應用中之移相器之較佳類型。雖然鐵氧體移相器係移相器之較佳類型，但其等不容易整合至對RF電路提供主導介質之基於帶狀線之RF電路板中。代替性地，在習知實施方案中，鐵氧體移相器經常與微帶線板介接。
本發明提供關於設置於電路板上之鐵氧體移相器之系統及方法。在至少一實施例中，該系統包括：一波導鐵氧體移相器，其經組態以在該波導鐵氧體移相器之一第一末端與一第二末端之間縱向傳播電磁能；一帶狀線電路板，其中該帶狀線電路板具有至少一導電跡線；及一或多個導電接腳，其等經組態以在該至少一導電跡線與該波導鐵氧體移相器之該第一末端或該第二末端之一者之間耦合電磁能。該波導鐵氧體移相器包括：至少一鐵磁芯，其縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該第一末端與該第二末端之間；一或多個介電平板，其毗連該鐵磁芯之一側且抵於該至少一鐵磁芯縱向延伸通過該波導鐵氧體移相器；及一金屬化矩形外殼，其圍封該至少一鐵磁芯及該至少一介電平板且縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該第一末端與該第二末端
之間。
100A‧‧‧設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器
100B‧‧‧裝置
102‧‧‧帶狀線電路板
104‧‧‧波導鐵氧體移相器
106‧‧‧第一末端
108‧‧‧第二末端
110‧‧‧導電跡線
110a‧‧‧寬度
112‧‧‧接地板
114‧‧‧介電體
116‧‧‧電磁屏蔽
118‧‧‧介電體/介電平板
120‧‧‧鐵磁芯
122‧‧‧金屬化矩形外殼
124‧‧‧閂鎖線
126‧‧‧導電接腳
128‧‧‧通孔
130‧‧‧金屬帶
200‧‧‧裝置
300‧‧‧詳細視圖
應理解，圖式僅描繪例示性實施例且因此不應認為限制範疇，將透過隨附圖式之使用而額外特定且詳細描述例示性實施例，其中：圖1A至圖1B係設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器之實例之圖式；圖2係圖1A中展示之波導鐵氧體移相器之一部分之一實例之一圖式；圖3係圖1A至圖2中展示之帶狀線電路板之一部分之一實例之一圖式；及圖4係用於建構一設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器之一例示性方法之一流程圖。
根據一般實務，多種所述特徵部未按比例繪製而經繪製以強調與例示性實施例相關之特定特徵。
在以下詳細描述中，參考形成本發明之一部分且其中藉由圖解展示特定闡釋性實施例之隨附圖式。然而，應理解，可利用其他實施例且可做出邏輯、機械及電改變。此外，在圖式及說明書中呈現之方法不應理解為限制其中執行個別步驟之順序。因此不應將以下詳細描述視為一限制性意義。
本發明中描述之實施例解決使鐵氧體移相器與帶狀線整合之問題，其使整合更簡單、更乾淨、更高執行有效(即，更少過渡障礙)及更成本有效。本文中描述之實施例藉由組態一接腳以在一帶狀線電路板中之一導電跡線與一波導鐵氧體移相器之間耦合電磁能而完成此。
圖1A係一設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器100A之一實例之一圖式。在特定例示性實施例中，一設置於帶狀線電路板上之鐵氧
體移相器100A包含一帶狀線電路板102及一波導鐵氧體移相器104。一波導鐵氧體移相器104具有一RF組件，該RF組件在波導鐵氧體移相器104之第一末端106與第二末端108之間傳送一電磁信號且偏移通過波導鐵氧體移相器104之電磁信號之相位。在下文中給出關於波導鐵氧體移相器104之更多細節。
一帶狀線電路板102係具有一導電跡線110以輸送電磁能之一電磁傳輸線介質。導電跡線110係安置於兩個平行接地板112之間之導電材料之一帶。此外，一介電體114分離兩個平行接地板112與導電跡線110。導電跡線110之寬度連同介電體114之厚度及介電常數判定帶狀線電路板102之特性阻抗。帶狀線電路板102之特性阻抗可由設置於電路板上之鐵氧體移相器100A之其他部分匹配，如下文中更詳細論述。波導鐵氧體移相器104經乾淨整合至帶狀線電路板102中而不像在習知實施例中需要一微帶過渡。
圖1B係一裝置100B之一實例之一圖式，裝置100B係由圖1A中展示之波導鐵氧體移相器104及在波導鐵氧體移相器104上方之一電磁屏蔽116組成。在一些實施例中，一電磁屏蔽116經設計以圍封波導鐵氧體移相器104及將電磁能自帶狀線電路板102耦合至波導鐵氧體移相器104之末端中之任何組件。(為了將電磁能自帶狀線電路板102耦合至波導鐵氧體移相器104之末端中之組件之更多細節見圖2)。在一些實施例中，電磁屏蔽116可由金屬或其他導電材料製成且可焊接或以其他方式導電附接至帶狀線板102之金屬表面且至波導鐵氧體移相器104之金屬鍍層及/或金屬外殼。在一些實施例中，電磁屏蔽116之目的可係防止任何外部電磁場與屏蔽116下之組件相互作用。此在其中波導鐵氧體移相器104放置於具有其他鐵氧體移相器104之一陣列中之情況中可尤其重要。此外，電磁屏蔽116亦可防止電磁場漏出波導鐵氧體移相器104裝置(此可影響其他附近組件)。
圖2係圖1A中展示之波導鐵氧體移相器104之一末端之一實例之一圖式。波導鐵氧體移相器104係裝載有一介電體118及一鐵磁芯120之一波導。在例示性實施例中，鐵磁芯120具有一環形橫截面。波導鐵氧體移相器104包含圍封介電體118及鐵磁芯120之一金屬化矩形外殼122。在例示性實施例中，金屬化矩形外殼122圍封由具有一相對高的介電常數之一介電體118分離之具有環形橫截面之兩個鐵磁芯120。一波導鐵氧體移相器104之此結構被稱作一雙環移相器且在本揭示內容之整個其餘部分被使用；然而，在其他替代實施例中可有金屬化矩形外殼122、(若干)鐵磁芯120及(若干)介電體118之其他組態。傳播通過波導鐵氧體移相器104之信號每單元長度經歷藉由設定鐵磁芯120中之磁化位準而變動之一預定相移。可藉由使一電流通過一閂鎖線124(其通過鐵磁芯120之中心)而設定鐵磁芯120中之磁化位準。
在至少一實施例中，一電磁信號自帶狀線電路板102上之一或多個導電跡線110(圖1A中所展示)移行至經組態以在一或多個導電跡線110至波導鐵氧體移相器104之第一末端106或第二末端108之一末端之間耦合電磁能之一或多個導電接腳126。在此實例中，導電接腳126將電磁能自導電跡線110耦合至波導鐵氧體移相器104之第一末端106。雖然僅展示波導鐵氧體移相器104之第一末端106，但在一些實施例中，波導鐵氧體移相器104之第二末端108可與第一末端106相同。如上文中所陳述，一旦導電接腳126將電磁能耦合至波導鐵氧體移相器104中，波導鐵氧體移相器104便經組態以在波導鐵氧體移相器104之一第一末端106與一第二末端108之間縱向傳播作為一電磁波之電磁能。
如上文中所論述，波導鐵氧體移相器104使用縱向延伸於波導鐵氧體移相器104之第一末端106與第二末端108之間之一或多個鐵磁芯120使通過波導鐵氧體移相器104之一電磁波之相位偏移。在一些實施
例中，一或多個鐵磁芯120具有環形橫截面。在其他實施例中，可使用鐵磁芯120之不同橫截面。圖2係其中一或多個鐵磁芯120包括各具有縱向延伸於波導鐵氧體移相器104之第一末端106與第二末端108之間之一環形橫截面之兩個鐵磁芯120之一實例。鐵磁芯120由鐵氧體構成，鐵氧體係其中若放置電流且量測場之位置改變則一振盪電流與所得電場之間之關係改變之一非互易材料。為了控制鐵磁芯120之頻率回應，相應地選擇鐵磁芯120之橫截面大小。此外，用於製造鐵磁芯120之鐵氧體材料可基於其磁化特徵經選擇以達成一所要頻率回應。
波導鐵氧體移相器104亦包含毗連呈一波之形式之電磁能傳播通過其之一或多個鐵磁芯120之一側之一或多個介電平板118。一或多個介電平板118沿著鐵磁芯120之縱軸延伸。在例示性實施例中，存在夾置於兩個鐵磁芯120之間之一介電平板118。介電平板118在此實施例中用作與一介電中心芯相同之目的，除了介電平板118之介電常數可顯著高於鐵磁芯120之中心芯之介電常數。結果，對於一給定實體長度可有RF相互作用之更多波長，其使此雙環設計比一單環設計更質量有效。此外，不同於其他設計，雙環設計提供一熱路徑以自環移除由RF功率耗散產生之熱。在一些實施例中，可使用一環氧樹脂固定鐵磁芯120及介電平板118並進行金屬化。使用此雙環組態，鐵磁芯120中之最RF作用鐵氧體位於介電平板118之各側上。鐵磁芯120之外部分較無作用且僅用於完成一磁性路徑且容許閂鎖操作，如下文中所解釋。
此外，如上文中所解釋，波導鐵氧體移相器104包含囊封一或多個鐵磁芯120及一或多個介電平板118之一金屬化矩形外殼122。在例示性實施例中，金屬化矩形外殼122係包含諸如銅及/或金之一金屬塗層之一基板。在其他實施例中，金屬化矩形外殼122可係一全金屬外殼。金屬化矩形外殼122沿著一或多個鐵磁芯120及一或多個介電平板
118之縱軸囊封其等以形成一波導結構。可取決於通過波導鐵氧體移相器104之RF能之波長而選擇金屬化矩形外殼122之寬度，其中具有金屬化矩形外殼122之寬度之兩倍之波長之RF能將不在波導鐵氧體移相器104中傳播。
在一些實施例中，一或多個導電閂鎖線124自波導鐵氧體移相器104之第一末端106至第二末端108延伸通過一或多個鐵磁芯120之中間。閂鎖線124可藉由使一電流通過閂鎖線124(其繼而形成包圍閂鎖線124之一磁場且磁化鐵磁芯120)而將鐵磁芯120磁化至一所要磁化度。經磁化鐵磁芯120將使通過波導鐵氧體移相器104之任何電磁信號偏移。由電磁信號經歷之偏移之位準將取決於鐵磁芯120之磁化之位準。在一些實施例中，閂鎖線124可在鐵磁芯120之末端處出來且向下經焊接至帶狀線電路板102上之一通孔墊，如圖2中所展示。
如上文中所陳述，一接腳126在帶狀線電路板102中之導電跡線110(圖1A中所展示)與波導鐵氧體移相器104之第一末端106或第二末端108之一末端之間耦合電磁能。換言之，接腳126啟動電磁能離開帶狀線電路板102至波導鐵氧體移相器104中，其中電磁能在鐵氧體移相器104中在一波導模式中。接腳126亦可自波導鐵氧體移相器104接收電磁能且將其傳送至帶狀線電路板102。結果，不像習知實施方案中之情況一樣需要一額外介面以使電磁能進入及離開帶狀線板。
為了將接腳126整合至帶狀線電路板102中，在帶狀線電路板102中形成一通孔128。接著將接腳126插入通孔128內部且電連接至帶狀線電路板102(諸如將接腳126焊接至帶狀線電路板102)，使得一電磁信號可在帶狀線電路板102與接腳126之間移行。接腳126及通孔128可類似於一同軸線起作用。在例示性實施例中，可選擇自通孔128之側至接腳126之距離使得接腳126及通孔128之特性阻抗匹配帶狀線電路
板102之特性阻抗，其係根據特性阻抗公式，即，，其
中D1係自通孔128之側至接腳126之距離，d1係通孔128內部之接腳126之直徑且εr係相對介電常數。
除了選擇通孔128及接腳126之正確尺寸之外，在一些實施例中，可如下設計裝置200以幫助調諧且匹配裝置200中之阻抗。可選擇鐵氧體移相器104之橫截面以匹配帶狀線電路板102之阻抗。即，可基於針對帶狀線電路板102經選擇之所要頻率頻寬及承受功率要求選擇鐵磁芯120及介電體118之高度及寬度。一旦選擇鐵氧體移相器104及帶狀線電路板102以具有匹配阻抗，便可變動以下以調諧裝置200，其中可藉由常規實驗而獲得關於以下特徵之各者之確切值。第一，可變動接腳126與鐵氧體移相器104之末端之間之距離以幫助匹配阻抗。第二，可在接腳126與波導鐵氧體移相器104之間插入一串聯電容器，其中可變動串聯電容器之長度。在至少一實施例中，藉由將一金屬帶130耦合至接腳126之末端而形成串聯電容。金屬帶130距金屬化矩形外殼122之間距可係電容器之長度。第三，可變動緊接在接腳126之前之導電跡線110之寬度，如圖3中所展示。更具體言之，圖3係無兩個平行接地板112之圖1A至圖2中之帶狀線電路板102之詳細視圖300。接腳126在其附近耦合至導電跡線110之導電跡線110之寬度110a可不同於遠離接腳126之導電跡線110之寬度以幫助匹配阻抗，如圖3中所展示。
圖4係用於建構一設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器之一例示性方法400之一流程圖。方法400包括提供一帶狀線電路板，其中帶狀線電路板具有一或多個導電跡線(方塊402)。在一些實施例中，帶狀線電路板及一或多個導電跡線可具有關於圖1A至圖3在上文中論述之帶狀線電路板102及一或多個導電跡線110之一些或全部特徵。
另外，方法400包括提供一波導鐵氧體移相器，其中波導鐵氧體移相器經定位以坐於帶狀線電路板之頂部上且固定至帶狀線電路板(方塊404)。在一些實施例中，波導鐵氧體移相器之定位可與圖1A至圖2中波導鐵氧體移相器104如何定位於帶狀線電路板102上相同或類似。此外，波導鐵氧體移相器可具有與關於圖1A至圖2在上文中論述之波導鐵氧體移相器104相同之一些或全部特徵。舉例而言，波導鐵氧體移相器可由具有縱向延伸於波導鐵氧體移相器之第一末端與第二末端之間之一環形橫截面之一或多個鐵磁芯及毗連鐵磁芯之一側且沿著鐵磁芯之縱軸延伸之至少一介電平板組成。在例示性實施例中，波導鐵氧體移相器包括各具有一環形橫截面之兩個鐵磁芯及安置於兩個鐵磁芯之間之一介電平板。此外，波導鐵氧體移相器可包含延伸通過一或多個鐵磁芯之中心之一或多個導電閂鎖線且可藉由將波導鐵氧體移相器焊接至帶狀線電路板而經固定至帶狀線電路板。亦可選擇波導鐵氧體移相器之特性阻抗以匹配帶狀線電路板之特性阻抗。
方法400進一步包括使用至少一導電接腳在至少一導電跡線與波導鐵氧體移相器之一末端之間耦合電磁能，其中透過一通孔而將至少一導電接腳插入至帶狀線電路板(方塊406)。一或多個導電接腳及通孔可具有與關於圖2在上文中論述之一或多個導電接腳126及通孔128相同之一些或全部特徵。即，在一些實施例中，可選擇自通孔之側至接腳之距離使得接腳及通孔之特性阻抗匹配帶狀線電路板之特性阻抗。此外，在一些實施例中，一些或全部以下調諧方法可用於幫助匹配波導鐵氧體移相器、接腳及帶狀線電路板之特性阻抗：可藉由一介電體而使接腳與波導鐵氧體移相器分離，其中為了調諧目的變動間距；可在至少一導電接腳與波導鐵氧體移相器之間插入一串聯電容器；且可變動接腳在其附近耦合至導電跡線之導電跡線之寬度。在一些實施例中，一或多個接腳及波導移相器可由諸如一金屬外殼之一電
磁屏蔽包圍。
例示性實施例
實例1包含一系統，其包括：一波導鐵氧體移相器，其經組態以在該波導鐵氧體移相器之一第一末端與一第二末端之間縱向傳播電磁能，該波導鐵氧體移相器包括：縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該第一末端與該第二末端之間之至少一鐵磁芯，毗連該鐵磁芯之一側且抵於該至少一鐵磁芯縱向延伸通過該波導鐵氧體移相器之至少一介電平板，及圍封該至少一鐵磁芯及該至少一介電平板且縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之該第一末端與該第二末端之間之一金屬化矩形外殼；一帶狀線電路板，其中該帶狀線電路板具有至少一導電跡線；及至少一導電接腳，其經組態以在該至少一導電跡線與該波導鐵氧體移相器之該第一末端或該第二末端之一者之間耦合電磁能。
實例2包含實例1之系統，其中至少一導電閂鎖線自該波導鐵氧體移相器之該第一末端至該第二末端延伸通過該至少一鐵磁芯。
實例3包含實例1至實例2中任一者之系統，其中該至少一導電接腳之一第一導電接腳在該至少一導電跡線之一第一導電跡線與該波導移相器之該第一末端之間耦合電磁能且該至少一導電接腳之一第二導電接腳在該至少一導電跡線之一第二導電跡線與該波導移相器之該第二末端之間耦合電磁能。
實例4包含實例1至實例3中任一者之系統，其中該至少一鐵磁芯包括各具有環形橫截面之兩個鐵磁芯且該至少一介電平板包括安置於該兩個鐵磁芯之間之一介電平板。
實例5包含實例1至實例4中任一者之系統，其中一電磁屏蔽包圍該波導鐵氧體移相器及在該至少一導電跡線與該波導鐵氧體移相器之該第一末端或該第二末端之一末端之間耦合電磁能之該至少一導電接腳。
實例6包含實例1至實例5中任一者之系統，其中該至少一導電接腳與該波導鐵氧體移相器之該第一末端或該第二末端之一者由一介電體分離。
實例7包含實例1至實例6中任一者之系統，其中一串聯電容器經插入於該至少一導電接腳與該波導鐵氧體移相器之間。
實例8包含實例1至實例7中任一者之系統，其中該至少一導電跡線之寬度經變動以幫助匹配該帶狀線電路板與該至少一導電接腳之該阻抗。
實例9包含實例1至實例8中任一者之系統，其中該波導鐵氧體移相器之特性阻抗實質上等於該帶狀線電路板之該特性阻抗。
實例10包含用於建構一設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器之一方法，該方法包括：提供一帶狀線電路板，其中該帶狀線電路板具有至少一導電跡線；提供一波導鐵氧體移相器，其中該波導鐵氧體移相器經定位以坐於該帶狀線電路板之頂部上且固定至該帶狀線電路板；及使用至少一導電接腳在該至少一導電跡線與該波導鐵氧體移相器之一末端之間耦合電磁能，其中透過一通孔將該至少一導電接腳插入至該帶狀線電路板中。
實例11包含實例10之方法，其進一步包括藉由一介電體而使該至少一導電接腳與該波導鐵氧體移相器分離以幫助匹配該至少一導電接腳之阻抗與該至少一波導鐵氧體移相器之阻抗。
實例12包含實例10至實例11中任一者之方法，其進一步包括在該至少一導電接腳與該波導鐵氧體移相器之間插入一串聯電容器以幫助匹配該至少一導電接腳之該阻抗與該至少一波導鐵氧體移相器之該阻抗。
實例13包含實例10至實例12中任一者之方法，其進一步包括變動該至少一導電跡線之該寬度以幫助匹配該帶狀線電路板與該至少一
導電接腳之該阻抗。
實例14包含實例10至實例14中任一者之方法，其中該至少一導電接腳及該波導移相器由一電磁屏蔽包圍。
實例15包含實例10至實例15中任一者之方法，其中該波導鐵氧體移相器之特性阻抗實質上等於該帶狀線電路板之特性阻抗。
實例16包含實例10之方法，其中該波導鐵氧體移相器包括具有縱向延伸於該波導鐵氧體移相器之第一末端與第二末端之間之一環形橫截面之至少一鐵磁芯及毗連該鐵磁芯之一側且沿著該鐵磁芯之縱軸延伸之至少一介電平板。
實例17包含實例16之方法，其進一步包括延伸通過該至少一鐵磁芯之至少一導電閂鎖線。
實例18包含實例16至實例18中任一者之方法，其中該波導鐵氧體移相器包括各具有一環形橫截面之兩個鐵磁芯及安置於該兩個鐵磁芯之間之一介電平板。
實例19包含一裝置，其包括：至少一導電接腳，其經組態以在一帶狀線電路板中之至少一導電跡線與一波導鐵氧體移相器之間耦合電磁能，其中該至少一導電接腳係藉由一介電體而與該波導鐵氧體移相器分離。
實例20包含實例19至實例20中任一者之裝置，其中該至少一導電接腳由一電磁屏蔽包圍。
雖然在本文中繪示且描述特定實施例，但一般技術者將瞭解，經計算以達成相同目的之任何配置可取代所展示之特定實施例。因此，明顯意欲本發明僅由申請專利範圍及其等之等效物限制。
100A‧‧‧設置於帶狀線電路板上之氧體移相器
102‧‧‧帶狀線電路板
104‧‧‧波導鐵氧體移相器
106‧‧‧第一末端
108‧‧‧第二末端
110‧‧‧導電跡線
112‧‧‧接地板
114‧‧‧介電體
Claims (3)
- 一種系統，其包括：一波導鐵氧體移相器(104)，其經組態以在該波導鐵氧體移相器(104)之一第一末端(106)與一第二末端(108)之間縱向傳播電磁能，該波導鐵氧體移相器(104)包括：至少一鐵磁芯(120)，其縱向延伸於該波導鐵氧體移相器(104)之該第一末端(106)與該第二末端(108)之間，至少一介電平板(118)，其毗連該鐵磁芯(120)之一側且抵於該至少一鐵磁芯(120)縱向延伸通過該波導鐵氧體移相器(104)，及一金屬化矩形外殼(122)，其圍封該至少一鐵磁芯(120)及該至少一介電平板(118)且縱向延伸於該波導鐵氧體移相器(104)之該第一末端(106)與該第二末端(108)之間；一帶狀線電路板(102)，其中該帶狀線電路板(102)具有至少一導電跡線(110)；及至少一導電接腳(126)，其經組態以在該至少一導電跡線(110)與該波導鐵氧體移相器(104)之該第一末端(106)或該第二末端(108)之一者之間耦合電磁能。
- 如請求項1之系統，其中一串聯電容器(130)經插入於該至少一導電接腳(126)與該波導鐵氧體移相器(104)之間；且其中該至少一導電跡線(110)之該寬度(110a)經變動以幫助匹配該帶狀線電路板(102)與該至少一導電接腳(126)之阻抗。
- 一種用於建構一設置於帶狀線電路板上之鐵氧體移相器之方法(400)，該方法包括：提供一帶狀線電路板，其中該帶狀線電路板具有至少一導電 跡線(402)；提供一波導鐵氧體移相器，其中該波導鐵氧體移相器經定位以坐於該帶狀線電路板之頂部上且固定至該帶狀線電路板(404)；及使用至少一導電接腳在該至少一導電跡線與該波導鐵氧體移相器之一末端之間耦合電磁能，其中透過一通孔將該至少一導電接腳插入至該帶狀線電路板中(406)。
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