[发明专利]一种带状线式铁氧体移相器

说明书

技术领域

本发明属于微波通信器件领域，具体涉及一种带状线式铁氧体移相器。

背景技术

应用于微波通信领域的移相器主要有PIN、MMIC移相器，MEMS移相器和铁氧体移相器。其中，铁氧体移相器相对于PIN二极管、MMIC等形式的移相器，在插入损耗、功耗和功率容量方面有很大的优势。

目前常见的微波铁氧体移相器主要有两类：一类是采用在传统波导(如矩形波导)加载铁氧体环的形式制作的，如典型Reggia-Spencer移相器等，这种传统波导型铁氧体移相器中波导尺寸由所传播的电磁波波长决定，很难压缩，导致移相器的体积和重量都较大，且很难与有源电路连接；另一类是基于平面耦合传输线制作的，如基于LTCC工艺的带状线式移相器，该类移相器需考虑铁氧体材料与介质材料的匹配问题，工艺难度大，且该类移相器在移相度和插损方面的性能也较差。因此，如何在缩小铁氧体移相器的体积和重量的同时，保证其良好的性能，成为当前铁氧体移相器发展所面临的一大技术难题。

发明内容

本发明提供了一种带状线式铁氧体移相器，该带状线式铁氧体移相器在兼顾插入损耗和平均功率方面的优异性能的同时，能显著减小铁氧体移相器的体积，实现与有源电路的集成。

本发明的技术方案如下：

一种带状线式铁氧体移相器，自下而上依次为第一铁氧体层、第一介质层、第二介质层和第二铁氧体层，所述铁氧体移相器中心开一通孔，以通孔为中心的四个方向上分别为激励线圈结构、第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构，四个方向中的相邻两个方向垂直，所述第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构的第二铁氧体层上表面和第一铁氧体层下表面设置金属导体地，所述单元结构包括位于第一介质层和第二介质层之间的带状线结构以及贯穿铁氧体移相器四层结构的金属柱，所述带状线结构包括第一输入带状线、第二匹配带状线、第三耦合带状线、第四匹配带状线和第五输出带状线，所述第一输入带状线与第二匹配带状线垂直，第二匹配带状线与第四匹配带状线垂直，第二匹配带状线与第四匹配带状线之间串接第三耦合带状线，第四匹配带状线与第五输出带状线相连且位于同一直线上，所述第一输入带状线和第五输出带状线为单元结构的输入、输出端口，带状线结构的两侧各设置一排平行于第一输入带状线的金属柱；所述激励线圈结构包括绕制于第一铁氧体层上的第一线圈和绕制于第二铁氧体层上的第二线圈、采用螺线管绕制方式，所述第一线圈与第二线圈的绕制方向相反，所述第一线圈的输出端与第二线圈的输入端相连，第一线圈的输入端和第二线圈的输出端分别为激励线圈结构的两个输入电极端口，用于施加电压脉冲。

进一步地，所述通孔的形状为方形、矩形、圆形、三角形等。

进一步地，所述金属柱为金属填充的圆柱体、长方体等，用于抑制高次模。

进一步地，所述第二匹配带状线与中心通孔边缘的间距为0.7mm。

进一步地，所述第一输入带状线与相邻金属柱之间的距离a为2.5mm，所述第五输出带状线与相邻金属柱之间的距离为2.5mm。

进一步地，所述第一介质层和第二介质层采用PCB工艺、LTCC工艺等制得，所述第一铁氧体层和第二铁氧体层采用LTCC工艺、HTCC工艺等制得。

进一步地，所述第一铁氧体层和第二铁氧体层材料选用具有旋磁性、低矫顽力、低微波损耗的尖晶石系铁氧体粉料，如LiZn铁氧体、YIG铁氧体，经混料、流延和叠层制得。

进一步地，所述第一输入带状线和第五输出带状线的特性阻抗保持为50欧姆，第一线圈和第二线圈的导线宽度没有限制。

进一步地，所述第一输入带状线、第二匹配带状线、第四匹配带状线和第五输出带状线的长度、宽度，以及第三耦合带状线的宽度、间隙和条数等尺寸，可根据移相器的工作频率和相移量确定。

进一步地，所述第一线圈、第二线圈采用在铁氧体层上印刷金属导体，或者传统的漆包线绕制得到。

进一步地，所述第三耦合带状线的长度为四分之一波长的奇数倍。

本发明所述移相器的工作原理如下：

将移相器每个单元结构的微波输入输出端分别接到微波电路中，在激励线圈结构的两个输入电极端口间施加电压脉冲；馈入正向电压脉冲时，第一铁氧体层和第二铁氧体层将被饱和磁化，去掉磁化电流后，铁氧体将工作在剩磁状态，此时各单元结构的输出端口得到一个参考相位；当馈入负向电压脉冲时，将改变铁氧体的剩磁状态，得到一个新的相位，从而得到一个非互易相位差。

本发明的有益效果为：