阅读说明：本技术 一种微带环行器、隔离器及t/r组件 (Microstrip circulator, isolator and T/R assembly ) 是由 满吉令 张善伦 张鹏宇 鲍晓凤 梁超 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：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；该微带环行器的旋磁层包括第一基板和嵌设于该第一基板上的旋磁体；而且,第一基板的介电常数高于旋磁体的介电常数。由于旋磁层采用这种复合结构,能够整体上提升介电常数,在与现有技术产品相同的性能要求下,本发明的微带环行器可减小中心导体的面积,进而减小整个微带环行器的面积,实现真正意义上的小型化。(The invention discloses a microstrip circulator which can be applied to an isolator and microwave communication, and is particularly large in use amount in a T/R assembly; the gyromagnetic layer of the microstrip circulator comprises a first substrate and a gyromagnetic body embedded on the first substrate; further, the dielectric constant of the first substrate is higher than that of the gyromagnetic body. Because the gyromagnetic layer adopts the composite structure, the dielectric constant can be integrally improved, and under the same performance requirement as the product in the prior art, the microstrip circulator can reduce the area of the central conductor, further reduce the area of the whole microstrip circulator and realize the miniaturization in the true sense.)

一种微带环行器、隔离器及T/R组件

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，因此，旋磁材料被广泛地应用在微波通信领域中。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)，但也仅仅通过简单调整层间的电性连接方式，无法达到真正意义上的小型化。

因此，有必要提供一种能够适应高度集成化的要求的微带环行器。

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：提供一种能够满足适应高度集成化的要求的微带环行器，并通过改进现有表贴式环行器的结构，实现真正意义上的小型化。

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的中心导体和设置在中心导体上方的永磁体，其中，所述旋磁层包括第一基板和嵌设于所述第一基板上的旋磁体，所述第一基板的介电常数高于所述旋磁体的介电常数。由于旋磁层采用这种复合结构，能够整体上提升介电常数，在与现有技术产品相同的性能要求下，本发明的微带环行器可减小中心导体的面积，进而减小整个微带环行器的面积，实现真正意义上的小型化。

优选地，所述第一基板采用陶瓷材料制成，如氧化铝陶瓷、复合钙钛矿陶瓷等。

进一步优选地，所述第一基板上设置有用于嵌设所述旋磁体且深度与所述旋磁体厚度相等的通孔，而且，所述旋磁体粘接在所述通孔内。由于第一基板和旋磁体采用这种装配方式，可降低微带环行器的整体厚度。

根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器中，所述旋磁层的下表面设置有第一接地金属层，以及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各个所述连接端绝缘隔离，相对应的所述连接端与所述连接部呈电性连接。由于旋磁层采用这种连接方式，可直接通过旋磁层的下表面实现微带环行器的表面贴装。

本发明进一步目的还在于：减小外力对旋磁体的冲击。

根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器增加一个第二基板；所述第二基板的上表面设置有第二接地金属层，以及多个与所述连接端一一对应的信号端，且所述第二接地金属层与各个所述信号端绝缘隔离；所述第二基板的下表面设置有多个分别与所述第二接地金属层、各个所述信号端相对应呈电性连接的焊接区域；

所述旋磁层设置在所述第二基板之上，且所述旋磁层的下表面与所述第二基板的上表面呈面对面设置，所述第一接地金属层与所述第二接地金属层呈电性连接，相对应的所述连接端与所述信号端呈电性连接。

因此，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。

为了减小环行器在强温度冲击下出现旋磁体破裂的几率。优选地，所述第二基板为PCB板或陶瓷板。当外接PCB电路板对微带环行器产生强温度冲击，由于第二基板材质的热膨胀系数介于外部电路板和旋磁材料之间，第二基板的形变量较小，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。

进一步优选地，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第二基板上表面开设的安装孔内。由于在旋磁层下方设置匀磁片，能提高优化磁路，而且，匀磁片装配在第二基板的安装孔内，可避免增加微带环行器的厚度。

根据一种具体的实施方式，本发明的微带环行器仍然增加一个第二基板；所述第二基板的上表面设置有第二接地金属层，其下表面设置有与所述第二接地金属层呈电性连接且用于表面贴装的焊接部分，所述第二基板上设置有多个与所述连接端一一对应的避让部；

所述旋磁层设置在所述第二基板之上，且所述旋磁层的下表面与所述第二基板的上表面呈面对面设置，所述第一接地金属层与所述第二接地金属层呈电性连接，每个所述连接端分别穿过其对应的所述避让部，而作为表面贴装的焊接部分。

因此，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。

为了减小环行器在强温度冲击下出现旋磁体破裂的几率。优选地，所述第二基板为金属板或PCB板，由于第二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。

进一步优选地，所述避让部为所述第二基板上形成的避让孔或所述第二基板侧边上形成的避让槽；所述连接端为金属凸点或金属柱。由于第二基板为金属板且在该金属板上设计避让结构，只需要对金属板开孔或开槽处理即可，无须其它工序，能够提高表贴式环行器的装配和生产效率。

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。由于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；而且在中心导体和永磁体之间设置温度补偿片，能够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，以及与所述微带环行器的一个或多个连接端连接的负载。

本发明还提供一种T/R组件，其包括本发明的微带环行器，以及与所述微带环行器的一个或多个连接端连接的收发电路。

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中，其旋磁层包括第一基板和嵌设于该第一基板上的旋磁体；而且，第一基板的介电常数高于所述旋磁体的介电常数。由于旋磁层采用这种复合结构，能够整体上提升介电常数，在与现有技术产品相同的性能要求下，本发明的微带环行器可减小中心导体的面积，进而减小整个微带环行器的面积，实现真正意义上的小型化。

2、本发明的微带环行器还设置第二基板，第二基板材质的热膨胀系数介于外部电路板和旋磁材料之间，如采用金属板、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，在第二基板上还设置有匀磁片，而且，将匀磁片安装在第二基板的安装孔内，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，能够提升微带环行器的***损耗这一电性能指标。

4、本发明的微带环行器中，若第二基板为金属板，则无须单独增加匀磁片，亦能够优化磁路，提升环行器的性能。同时，经仿真实验，能够提升微带环行器的***损耗这一电性能指标。

5、本发明的微带环行器中，由于第二基板为金属板且在该金属板上设计避让结构，只需要对金属板开孔或开槽处理即可，无须其它工序，能够提高表贴式环行器的装配和生产效率。

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增加第二基板的第一种实施结构的示意图；

图4为图3所示的实施结构中的旋磁层下表面的结构示意图；

图5为在图3所示的实施结构的基础上增加设置介质片的结构示意图；

图6为在图5所示的实施结构的基础上增加设置匀磁片的结构示意图；

图7为在图5所示的实施结构的基础上增加设置磁屏蔽罩的结构示意图；

图8为本发明微带环行器增加第二基板的第二种实施结构的示意图；

图9为图8所示的实施结构中的旋磁层下表面的结构示意图；

图10为在图8所示的实施结构的基础上增加设置介质片的结构示意图；

图11为在图8所示的实施结构的基础上增加设置磁屏蔽罩的结构示意图。

附图标记列表

10-旋磁层，11-旋磁体，12-第一基板，13-第一接地金属层，14a-第一连接端，14b-第二连接端，14c-第三连接端，15-通孔，20-中心导体，20a-第一连接部，20b-第二连接部，20c-第三连接部，30-第二基板，31a-第一信号端，31b-第二信号端，31c-第三信号端，32-第二接地金属层，33-安装孔，34a-第一避让槽，34b-第二避让槽，34c-第三避让槽，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所示，本发明的微带环行器包括旋磁层10、设置在旋磁层10上表面的中心导体20和设置在中心导体20上方的永磁体（图1中未示出），中心导体20具有第一连接部20a，第二连接部20b，第三连接部20c。

其中，旋磁层10包括第一基板12和嵌设于第一基板12上的旋磁体11，而且，第一基板12的介电常数高于旋磁体11的介电常数。

本发明由于旋磁层10采用这种复合结构，能够整体上提升介电常数，在与现有技术产品相同的性能要求下，本发明的微带环行器可减小中心导体的面积，进而减小整个微带环行器的面积，实现真正意义上的小型化。在实施时，第一基板12采用陶瓷材料制成，如氧化铝陶瓷、复合钙钛矿陶瓷等微波介质陶瓷材料。

如图2所示，为了方便旋磁体的装配，第一基板12上设置有用于嵌设旋磁体11且深度与旋磁体11厚度相等的通孔15，而且，旋磁体粘接在通孔15内。由于第一基板和旋磁体采用这种装配方式，可降低微带环行器的整体厚度。

同时，旋磁层10的下表面设置有第一接地金属层13，以及第一连接端14a、第二连接端14b和第三连接端14c；而且，第一连接端14a、第二连接端14b和第三连接端14c分别与第一连接部20a、第二连接部20b和第三连接部20c一一对应；其中，第一接地金属层13与第一连接端14a、第二连接端14b和第三连接端14c绝缘隔离，相对应的连接端与连接部呈电性连接。由于旋磁层采用这种连接方式，可直接通过旋磁层的下表面实现微带环行器的表面贴装。

在实施时，旋磁层10的制作工序为：将陶瓷块材打孔，最好打成通孔，然后将柱状的旋磁体块材***至打好的孔中，在旋磁体块材与陶瓷块材的孔之间的间隙填充耐高温粘接剂，然后进行烘烤固化，得到旋磁复合块材，最后通过电锯或者其它切割方式，将旋磁复合块材切片，从而得到本发明的旋磁层。

如图3和图4所示，本发明的微带环行器还包括第二基板30。其中，第二基板30的上表面设置有第二接地金属层32，以及与第一连接端14a、第二连接端14b和第三连接端14c一一对应的第一信号端31a、第二信号端31b和第三信号端31c；第二基板30下表面设置有与第二接地金属层32、第一信号端31a、第二信号端31b和第三信号端31c相对应呈电性连接的焊接区域。其中，第二接地金属层32与第一信号端31a、第二信号端31b和第三信号端31c端绝缘隔离。

旋磁层10设置在第二基板30之上，且所述旋磁层10的下表面与所述第二基板30的上表面呈面对面设置，所述第一接地金属层13与所述第二接地金属层32呈电性连接，第一连接端14a与其对应的第一信号端31a呈电性连接；第二连接端14b与其对应的第二信号端31b呈电性连接；第三连接端14c与其对应的第三信号端31c呈电性连接。

在实施时，第二基板为PCB板或陶瓷板，由于第二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。

具体的，本发明中，旋磁层10下表面的连接端与其上表面设置的中心导体20的连接部呈电性连接的方式可采用：在旋磁层10设置有相应数量的金属化过孔，连接部通过金属化过孔与旋磁层10下表面相应的连接端电性连接。或者，在旋磁层10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10上表面的边缘，并通过金属化凹槽或金属连接线与旋磁层10下表面相应的连接端电性连接。

本发明中，第二基板30上设置的第二接地金属层32、第一信号端31a，第二信号端31b和第三信号端31c与其对应的焊接区域可以通过第二基板30上设置的金属化过孔实现电性连接，也可通过在第二基板30侧边设置的金属化凹槽或金属连接线实现电性连接。

如图5所示，本发明的微带环行器基础上还包括介质片50。其中，介质片50设置在中心导体20与永磁体40之间，温度补偿片设置在介质片50与永磁体40之间。由于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。

为了提高环行器的温度特性，在图5的基础上，还增加一温度补偿片。通过在介质片50和永磁体40之间设置温度补偿片，能够提高环行器的温度特性。

如图6所示，本发明的微带环行器还包括匀磁片60。具体的，在第二基板30上开设形成用于装配匀磁片60的安装孔33，匀磁片60设置在安装孔33内，且匀磁片60的厚度与安装孔33的深度相适配，该安装孔33为盲孔。由于安装孔33开设的位置正对中心导体20，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。

本发明中的匀磁片得材质可以采用铁，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、***损耗、反向隔离和电压驻波比来测试本发明的性能。

而且，为了进一步地提高环行器的磁化特性，如图7所示，本发明的微带环行器还在永磁体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。

如图8和图9所示，本发明的微带环行器同样还包括第二基板30；其中，第二基板30的上表面设置有第二接地金属层32，第二基板30的下表面设置有与第二接地金属层32呈电性连接且用于表面贴装的焊接部分，第二基板30的侧面上设置有第一避让槽34a，第二避让槽34b和第三避让槽34c。

而且，旋磁层10的上表面设置的中心导体20具有第一连接部20a，第二连接部20b，第三连接部20c，旋磁层10的下表面设置有第一接地金属层13和与第一连接部20a，第二连接部20b，第三连接部20c一一对应的第一连接端14a，第二连接端14b，第三连接端14c。

其中，第一接地金属层13分别与第一连接端14a，第二连接端14b，第三连接端14c绝缘隔离，第一连接端14a与第一连接部20a呈电性连接，第二连接端14b与第二连接部20b呈电性连接，第三连接端14c与第三连接部20c呈电性连接。

旋磁层10设置在第二基板30之上，且旋磁层10的下表面与第二基板30的上表面呈面对面设置，旋磁层10的第一接地金属层13与第二基板30的第二接地金属层32呈电性连接，第一连接端14a，第二连接端14b，第三连接端14c分别与第一避让槽34a，第二避让槽34b，第三避让槽34c一一对齐，同时，第一连接端14a穿过第一避让槽34a，第二连接端14b穿过第二避让槽34b，第三连接端14c穿过第三避让槽34c，从而将第一连接端14a，第二连接端14b，第三连接端14c分别作为微带环行器表面贴装的焊接部分。

具体的，本发明中，旋磁层10下表面的连接端与其上表面设置的中心导体20的连接部呈电性连接的方式可采用：在旋磁层10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10下表面相应的连接端电性连接。或者，在旋磁层10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10上表面的边缘，并通过金属化凹槽或金属连接线与旋磁层10下表面相应的连接端电性连接。

本发明中，第二基板30上设置的第二接地金属层32、第一信号端31a，第二信号端31b和第三信号端31c与其对应的焊接区域可以通过第二基板30上设置的金属化过孔实现电性连接，也可通过在第二基板30侧边设置的金属化凹槽或金属连接线实现电性连接。

再结合图9，本发明的微带环行器中，第一连接端14a，第二连接端14b，第三连接端14c均为金属柱，当然也可以采用金属凸点或凸起，只要其凸起的高度且形状能够穿过相应的避让部即可，属于本领域技术人员能够等同替换的内容，此处不再赘述。

本发明的微带环行器在制作时，旋磁层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，由于需要将连接端制作成金属凸点，在银浆烧结完成后，还需要连接端银浆烧结的位置植一个金属球，如锡球或者银球。然后，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，将连接端与避让槽对位，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。此外，本领域技术人员可知：除了在第二基板的侧面设置避让槽，还可以第二基板上设置相应数量的避让孔，同时，在实际应用中，在采用避让孔的方式，会给旋磁层的设计以及第二基板与旋磁层的结合带来工序上的增加，将降低装配和生产的效率。

为了减小环行器在强温度冲击下出现旋磁体破裂的几率。在实施时，第二基板30采用金属板。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。而且，由于第二基板30采用金属板，其本身具有导电性质，不需要额外设置第一接地金属层和相应的焊接部分，更不用设置金属化过孔、金属化凹槽和金属连接线来实现二者的电性连接。

同时，由于第二基板为金属板，无须单独增加匀磁片，亦能够优化磁路，提升环行器的性能。而且，由于基板采用金属板且在基板上设计避让结构，只需要对金属板开孔或开槽处理即可，无须其它工序，提高表贴式环行器的装配和生产效率。

通过仿真实验，并以频率范围、***损耗、反向隔离和电压驻波比来测试本发明的性能。

如图10所示，本发明的微带环行器还可以在中心导体20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。

而且，为了进一步地提高环行器的磁化特性，如图11所示，本发明的微带环行器还在永磁体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，以及与微带环行器的一个或多个连接端电性连接的负载。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连接端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。