[发明专利]用于集成屏蔽环行器的方法和设备

说明书

一种与RF集成电路组合的RF环行器，该RF集成电路具有在RF集成电路中或上的多个RF波导或波导状结构，RF环行器包括布置在金属材料上的铁氧体材料圆盘，该金属材料布置在RF集成电路上或中，铁氧体材料圆盘在布置在RF集成电路上时远离RF集成电路延伸，金属部分中具有与铁氧体材料圆盘相邻的多个孔口，这些孔口在使用中与铁氧体材料圆盘和多个RF波导或波导状结构电磁连通，铁氧体材料圆盘布置在金属腔中。

【相关申请的交叉引用】

本申请要求2018年6月29日提交的且标题为“Method and Apparatus forIntegrated Shielded Circulator”的美国临时专利申请序列号62/691885的优先权，并且涉及该申请的2019年4月26日提交的且标题也为“Method and Apparatus for IntegratedShielded Circulator”的对应美国非临时专利申请序列号16/396074，此处以引证的方式将前述专利申请的公开并入。

【关于政府赞助的研究或开发的声明】

这是在美国政府合同号W911NF-17-C-0023下进行的发明，因此美国政府可能对本发明具有一定的权利。

【技术领域】

本说明书描述了一种环行器设备，该环行器设备可以通过在集成电路(IC)衬底的顶部(或底部)上沉积铁氧体薄膜并在铁氧体薄膜上沉积并图案化金属来直接集成到常规RF IC上。

【背景技术】

环行器通过允许单个天线用于发送和接收来为雷达、通信以及电子战争系统提供重要的功能。本领域技术人员理解，环行器功能本质上是非互易的，这需要非互易材料和/或电子器件来实施。诸如铁氧体的磁性材料展示出非互易行为，并且几十年来提供了用于实施环行器的主要手段。不幸的是，常规的基于铁氧体的环行器体积大，并且需要用于磁偏置场的永磁体，因此无法直接集成到IC上。本发明利用了新的铁氧体材料，这些铁氧体材料可以沉积到IC上，并且由于其高的内场而不需要永磁体(这些材料通常被称为“自偏置的”，因为它们不需要外部磁偏置场)。本公开技术示教了如何有利地利用这些铁氧体材料以与IC制造工艺兼容并导致非常低的辐射损耗的方式来在IC上获得环行器功能。

本公开技术提供了对通常在带状线中实施并利用永磁体的常规铁氧体圆盘谐振器的另选方案。H.Bosma,“On Stripline Y-circulation at UHF,”IEEE Trans.MicrowaveTheory Tech.12,61-72(1964年)给出了经典示例，此处以引证的方式将该文章的公开并入。

由位于两个接地面中间的金属带构成的带状线是用于铁氧体谐振器的方便的射频(更具体地说是微波)传输介质，因为E场关于中心导体均匀对称，这防止功率辐射到平行板模式中并增加损耗。效率稍低的射频(更具体地说是微波)传输介质是微带，该微带只利用单个接地面(但如果需要，也可以采用第二接地面)，但在其它方面类似于带状线。用于射频(更具体地说是微波)信号的另一种传输介质是共面波导(CPW)。

在由Iulian Rosu在www.qsl.net/va3iul/Microstrip_Stripline_CPW_Design/Microstrip_Stripline_and_CPW_Design.pdf发布的标题为“Microstrip,Stripline,andCPW Design”的论文中描述了带状线、微带以及共面波导(CPW)，此处以引证的方式将该论文并入。

基于带状线的铁氧体器件与常规的IC处理不兼容，因为它将需要将铁氧体材料埋在半导体层与金属层之间。图la和图lb示出了本领域已知类型的基于带状线的环行器的侧立面图和俯视图。也参见上面引用的H.Bosma的文章和下面引用的D.M.Pozar的教材。