专利名称：：多结带线微波环行结隔离器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及微波环行结隔离器，尤其涉及一种层叠连接的多结带线微波环行结隔尚為o
背景技术：
：微波铁氧体结型环行器作为一种通用的微波器件，用作环行器、隔离器或开关，其三端口微波铁氧体环行器也称为Y型结环行器，是一种最常见的结型环行器，具有三端口非互易特征，提供正向信号导通、反向信号隔离(阻断)的功能。典型的单环行结隔离器包括一片微波带状线电路称为中心导体，被夹在加有偏置磁场的铁氧体材料中间以产生所需的非互易功能并使输入信号环行，信号的环行方向顺时针或逆时针导通和阻断取决于产生偏磁的磁路系统。单结环行器，如图la所示，环行器的隔离度直接与隔离端口的回损相关，传统的三端结型环行器微带电路的设计，利用每个端口1/4波长的阻抗变换线达到阻抗匹配，实现典型的20dB的回损。当用作隔离器时，结型环行器的第三端口，被连接入一个电阻负载，以抑制来自二端口的反射信号，如图lb。因而，如前所述的环行器或隔离器，其带线导体电路通常被设计成端口阻抗与传输线阻抗匹配或电阻负载匹配。随着现代无线通信系统和子系统的发展，对输入输出信号之间的隔离度提出了更高的要求，单结环行器/隔离器隔离度的局限性日益凸显。在许多射频功率系统的应用中，如通信网络设备的发射单元，_20dB的典型隔离度不足以满足正向高频功率信号与反射信号(反向信号)的隔离。典型单结环行器/隔离器的电器技术指标为插损-0.25dB，隔离度-20dB，回损-20dB，带宽35X。因此，单结环行器/隔离器常采用有序串接的边对边或端对端的共面相联结构形式，以达到较高的总体隔离度，其总体隔离度相当于每个单结环行器/隔离器的总和，图2a所示的是众所周知的两个单结隔离器以串联结构组成双结隔离器，通常如图2b所示，一个双结隔离器20，其部件包括一个壳体42、带有两个并排相通的圆柱腔44、单个的带状线46采用串行连接的并列共面结构、铁氧体元件14，由磁铁16加上偏磁场，电气接地由组装其中的极片18提供。从图2b可见，双结隔离器在外形尺寸上至少双倍于单结隔离器，安置在内的两个边对边圆柱腔结构也增加了壳体结构复杂性。此外，对于双结隔离器以带状线电路46联接的各个圆柱腔中的铁氧体元件14需要各自的磁铁提供所需偏磁场，因而，如图2b所示这样一个传统的双结隔离器，必须在各个的圆柱腔中建立单独的磁路系统为各自的铁氧体元件提供所需的偏磁场，对于这样一个双节微波铁氧体隔离器，每个单节仍是典型的-20dB隔离，但整个隔离器输入输出口的反向信号的隔离度现在就将有至少_40dB。取决于对隔离度的要求，两个、三个或更多单结环行器/隔离器可有序串接在一起。然而，随着串联环行器/隔离器数目的增加，此类微波铁氧体环行器/隔离器的外形尺寸、元器件数量总体重量和组装的复杂性也上升，必然增加成本。目前，一个典型的双结环行器/隔离器的成本至少是单结器件的2倍。此外，单结环行器/隔离器串接时，虽改进了隔离性能，但却有增大器件插入损耗的不足。例如，与单结环行器/隔离器-0.25dB相比，双结器件的典型插损为-0.5dB。因此，正向微波功率信号经过环行器/隔离器会有12%功率因素损耗，使总承受功率和输出效率降低。产生插损的原因除了是环行器/隔离器信号通路的带状电路所致以外，另一个的主要插损是圆柱腔中的导体损耗。为了得到高隔离度的性能，采用串接的带状线电路。如图2b，对于串接结构的传统双结环行器/隔离器件20，双个圆柱腔44的空间用于组装各个元件(带状线电路、铁氧体元件、磁铁、电气接地片)，以适合双结环行器/隔离器工作的需要，显然导致了总插损的增加。通常所需壳体的外形和体积与成本是成正比的，众所周知，按惯例，微波铁氧体结型环行器/隔离器器件，其外形封装对于总的成本总在20%50%，所以，小巧合理的外形封装和体积，高隔离度性能将是追求的目标。专利号为5，347，241的美国专利(PANARETOSetnal)公开了一种基于背对背四端口微带线的双环行器，微带线包含一个导电片，并由电介质基片提供单面接地，PANARETOS器件包含2个单结微带环行器，底面不在同一平面上，而背对背的相互连接方式是用同轴回路连通双方的电介质基片和接地面。背对背的结构虽然可用于减小器件外形面积，但仍大于传统的单结带线环行器。采用同轴连接也增加了双结环行器的总体体积。此外，微带环行器的背对背结构在PANARETOS器件中会导致一些局限首先，仅可用于双结器件，不能增加成多结器件。其次，PANARETOS器件中的磁场系统相对复杂，以对双结微带环行器的非互易作用提供偏置磁场。PANARETOS采用共用磁铁对双环行器偏磁，但这种共有偏磁系统仅可使每组铁氧体元件磁化作用于相反方向，即当一个微带环行器为顺时针环行，另一个仅可逆时针环行。还有，两块磁铁在各自环行器中磁化铁氧体元件将要求以相同的磁场方向作用。因此，需要采用磁屏蔽以降低2个独立磁偏置系统中磁铁之间的相互作用，因而将此类环行器的工作范围局限于低亚磁铁共振场(低场区)工作。美国专利5，347，241磁回路的两个具体的磁场偏置系统中，各自环行器铁氧体的磁化效应不能由一匀称的磁场所提供，局限了其电器性能和铁磁共振场的工作区域。因此，需要设计一种具有高隔离度、低插损性能和紧凑外形结构的微波铁氧体环行结隔离器。
发明内容本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种层叠连接的多结带线微波环行结隔离器。本发明的目的通过以下技术方案来实现多结带线微波环行结隔离器，包括壳体、铁氧体元件和带线导体电路，特点是所述壳体具有一个圆柱腔，两个或两个以上的带线导体电路以轴线层叠方式装入壳体的圆柱腔中，所述的带线导体电路采用层叠串接方式相连，带线导体电路的一端口连接到相邻相继的另一带线导体电路的一端口，带线导体电路单元由带线导体电路组合铁氧体元件组成，多个带线导体电路单元以层叠排列安装，构成层叠连接的多结带线环行结隔离器，共用磁场偏置系统为带线导体电路单元提供磁场，使多结带线环行结隔离器工作于非互易状态。进一步地，上述的多结带线微波环行结隔离器，其中，所述带线导体电路的一端口4采用焊接方式与相邻相继的另一带线导体电路的一端口相连接。更进一步地，上述的多结带线微波环行结隔离器，其中，每个带线导体电路的上下面均连接有铁氧体元件，一个带线导体电路与其上下面上的铁氧体元件构成一个带线导体电路单元，两个或两个以上的带线导体电路单元以轴线层叠方式排列于圆柱腔中，相邻带线导体电路单元之间设置一磁铁；并在，最下层带线导体电路单元的下方设置一磁铁，最上层带线导体电路单元的上方设置一磁铁，从而，每个带线导体电路单元的上方和下方均配置有磁铁；如果装有两个带线导体电路单元，即形成"磁铁_带线导体电路单元_磁铁_带线导体电路单元_磁铁"结构形式；如果装有三个带线导体电路单元，即形成"磁铁_带线导体电路单元_磁铁_带线导体电路单元_磁铁_带线导体电路单元_磁铁"结构形式；依次类推。再进一步地，上述的多结带线微波环行结隔离器，其中，在磁铁与带线导体电路单元之间配置有极片；在相邻带线导体电路单元之间配置有金属垫片；金属垫片呈星状鱼鳍状，其外形尺寸大于圆柱腔的内径，金属垫片的鱼鳍弯贴于圆柱腔中形成电接触，为层叠的带线导体电路单元提供电接地面。再进一步地，上述的多结带线微波环行结隔离器，其中，每个带线导体电路具有两个以上的端口，每个带线导体电路的一端口连接一电阻负载。再进一步地，上述的多结带线微波环行结隔离器，其中，在最上层带线导体电路单元上方的磁铁上排列有带有多臂的极片，盖板压于带有多臂的极片之上。多结带线微波环行结隔离器的制造方法，提供具有传统单环行结隔离器外形的圆柱腔结构外壳；在圆柱腔中组装和连接层叠排列的两个或两个以上具有N端口(N>3)带线导体电路，其中某一带线导体电路的一个端口被接到相邻相继的另一带线导体电路的一个端口；提供磁场偏置到带线导体电路单元，使多结带线环行结隔离器工作于非互易状态。相继依序电路可整体相连，即两个或更多个带线导体电路制成单个元件，其中相应的端口相互连接，将多结带线环行结隔离器包括标准电阻负载连接到各自的带线导体电路的端口上，以抑制反向信号，负载根据层叠各级承受功率要求连接在各自端口。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本发明提供了一种新型的具有高隔离性能和低插损的多结带线环行结隔离器，设计独特、结构新颖，不仅减小了外形尺寸，简化了结构，同时具有高隔离度和低插损的性能；进一步的优势是多结带线环行结隔离器的圆柱腔具有紧凑的常规单环行结隔离器器件的外形面积，能利用标准的单环行结隔离器的元件达到成倍高隔离度性能。堪称是具有新颖性、创造性、实用性的好技术，简易适用，市场应用前景广阔。下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图la:单结环行器环行信号的原理示意图；图lb:单结环行器反射信号被抑制的原理示意图；图2a:两个单结环行器/隔离器串联成一个双结环行器/隔离器的示意图；图2b:两个单结隔离器组成传统双结串联共面结构隔离器的分解图；图3a:本发明多结带线环行结隔离器的原理示意图(带线导体电路的一端口连接到相邻相继的另一带线导体电路的端口)；图3b:图3a多结带线环行结隔离器两个带线导体电路的透视图；图3c:以对称方向共用磁场偏置系统中的同质磁回路磁化多组铁氧体的示意图；图4a:本发明多结带线环行结隔离器的层叠组装型式截面示意图；图4b:本发明多结带线环行结隔离器的分解图。图中各附图标记的含义见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具体实施例方式如图3a3c、图4a4b，一种多结带线环行结隔离器30，多结带线环行结隔离器30包括一个带有圆柱腔32的壳体28，壳体28采用各种合适的加工工艺制成，如机械加工、冲压成型、铸件或其他组合方式，壳体28和圆柱腔结构32为钢制，通过机加工成型，组成导磁的结构。为了达到高隔离度，两个或更多个三端口带线导体电路12装入圆柱腔32内并循类似直角坐标系的Z轴线以上下层叠排列方式并连接，带线导体电路12中的一端口(12d、12e、12f)连接到邻近相继的另一带线导体电路12的一端口(12a、12b、12c)，在电路间提供电气连接。带线导体电路两相继端口连接采用焊接或其他合适的电气连接，以减小多结带线环行器30的体积。从图4b可清晰看到，图中带线导体电路的端口12c、12d以垂直方向相对折弯焊接，实现电气连接及级联效应。另一种方法，两个或更多个带线导体电路12以适当的端口(12a、12b、12c，12d、12e、12f)互相完整连接形成单个元件片，带线导体电路由良导体铍青铜、铜或其它合适的导电材料为基材，通过蚀刻、冲压、印刷或其它合适的加工工艺加工成型，与信号端口间的传输通路匹配一致。如图3c所示，在多结带线环行结隔离器30中，具有对称磁场极性的单组磁偏置系统被铁氧体元件14互相共用。在圆柱腔32中，这些元件连接两个或更多个三端口的带线导体电路12，每个带线导体电路实际就是一个单环行结隔离器单元，并组合一组已加偏磁的铁氧体元件14。在多结带线环行结隔离器30的圆柱腔中，采用多种方式和材料，例如，胶和环氧树脂，使带线导体电路12和铁氧体元件14定位并线性排列。共用的磁偏置系统为相关带线导体电路12的铁氧体元件14提供合适的磁场偏置，使其磁化，从而在端口之间提供所需的非互易传输路径。磁偏置可由圆柱腔32中多块磁铁16在不同位置的配置而得到，并可相应选择铁氧体元件和磁铁形状。通过采用对称磁场极性的磁铁16的磁偏置系统，为多组铁氧体元件14各自提供所需的磁偏置。与图2b表示的传统双结隔离器20相比，由于共用了磁偏置系统，多结带线环行器在相同圆柱腔32中的磁铁16数量得到减少。磁铁16与极片18配合作用，增强了偏置磁场的匀称性。磁铁16可由任何合适的磁性材料组成，更适合的是永磁或电磁铁，同样，极片18可由导磁材料制成，如铁或钢。在圆柱腔32中，金属垫片34为层叠排列组装的带线导体电路12之间提供一种电气接地面，与带线导体电路一样，金属垫片34由适用的铍铜、铜或其它合适的电导体材料制成，金属垫片34形状具有星状鱼鳍，外形尺寸稍大于圆柱腔32。这种形状的设计经常用于微波铁氧体环行器/隔离器，在多结带线环行结隔离器30的各元件组装中，金属垫片34的鱼鳍被弯贴在圆柱腔32上形成电接触，从而为层叠的带线导体电路12提供电接地面，使每个带线导体电路单元在圆柱腔32中分别独立地以单环行结隔离器形式一同工作。此外，一种带线导体电路12的合适排列结构，包括磁铁16的极性，铁氧体元件14和连接带线导体电路12(12a、12b、12c，12d、12e、12f)端口的电阻负载24用于在微波铁氧体环行结隔离器中通过正向信号，抑制反向信号。为了抑制反向信号，根据反向信号在各个单结上功率容量的要求选择电阻负载24，在层叠结构中，电阻负载24连接到带线导体电路12中，电阻负载24可以是一种标准表贴基片终端，焊接到带线导体电路12上并通过连接壳体28接地。如图3b示意，连接到隔离端口12e的电阻负载24b比连接到隔离端口12b的电阻负载24a承受更高的信号功率抑制和功耗，因而，电阻负载24a和电阻负载24b的外形尺寸在设计应用上就会不同。当然，限制在多结带线环行结隔离器总体尺寸范围内。在反向信号由12f端口接入的情况下，就首先流到电阻负载24b，最大的反向功率由电阻负载24b提供抑制并承受功率消耗，因此，从层叠带线导体电路12端口12c和12d回流到电阻负载24a的反向信号功率就显著地降低；由此能决定其结构及器件的采用。如图4a和4b所示，微波铁氧体环行结隔离器30具有先进后出的层叠式的元器件装配顺序，带线导体电路12、铁氧体14、磁铁16、极片18、带有多臂的极片22和盖板26，通常具有与圆柱腔类似的形状，但其直径和厚度不同并按直线定位排列、组装，并依据相应的工作频率范围要求进行设计。盖板26配合于圆柱腔32，当盖板26与壳体28处于紧配合时，将产生一个下压力压紧组装在圆柱腔内的各个元器件。盖板26、圆柱腔32和壳体28可用各种适合的常规机械锁紧结构设计(如压紧配合、螺纹组装等)以锁紧并使元器件的结构对齐(包括带线导体电路12、铁氧体14、磁铁16、极片18等)，同时，盖板26也为圆柱腔和壳体提供了偏置磁场的磁回路，以适合多结环行结隔离器30工作的需要。在图4b可见，带有多臂的极片22用于在盖板26锁紧过程中保持层叠元器件的直线排列。在本发明中，与传统的双结隔离器20相比，组装器件的圆柱腔结构类似，但只需要一块盖板26。生产多结带线环行结隔离器的方法，首先，提供一个有传统单环行结隔离器圆柱腔结构和外形尺寸的用于组装各种元件的多结带线环行结隔离器的壳体，这个壳体可以用金属片冲压技术和机加工制造；在圆柱腔结构中两组或以上的三端口带线导体电路以层叠排列方式的组装并连接。在此，至少有一个带线导体电路的端口被连接到相邻的相继带线的另一导体电路的一个端口，如前文所述，两端口的连接，可用熟知的焊接方式，一个端口的导体臂与另一端以理想的连接方式合为一体，这些层叠的带线导体电路也可由加工制成一个整体。对于多结带线环行器的非互易作用，包含了向两个或两个以上具有N端口(N>3)的带线导体电路提供一个磁场偏置，这种磁场偏置可由共有的磁偏系统提供，各自带线导体电路如三明治一样被夹在铁氧体元件之间，至少有一块磁铁合适地与极片共同作用，使铁氧体饱和磁化。综上所述，本发明设计一种结构紧凑、具有高隔离性能和低插损的多结带线环行结隔离器，不仅减小了外形尺寸，简化了结构，同时具有高隔离度和低插损的性能，进一步的优势是多结带线环行结隔离器的圆柱腔具有紧凑的常规单环行结隔离器器件的外形面积，能利用标准的单环行结隔离器的元件达到成倍高隔离度性能。为一实用的新设计，值得在业内广泛推广应用。需要理解到的是以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。权利要求多结带线微波环行结隔离器，包括壳体、铁氧体元件和带线导体电路，其特征在于所述壳体具有一个圆柱腔，两个或两个以上的带线导体电路以轴线上下层叠方式装入壳体的圆柱腔中，所述两个或两个以上的带线导体电路采用层叠串接方式相连，带线导体电路的一端口连接到相邻相继的另一带线导体电路的一端口，共用磁场偏置系统为带线导体电路单元提供磁场，带线导体电路单元由带线导体电路组合铁氧体元件构成，多个带线导体电路单元构成层叠排列安装的多结带线环行结隔离器。2.根据权利要求1所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于所述带线导体电路的一端口采用焊接方式与相邻相继的另一带线导体电路的一端口相连接，或多个带线导体电路以整体成型连接。3.根据权利要求1所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于每个带线导体电路的上下面均装有铁氧体元件，一个带线导体电路与其上下面上的铁氧体元件构成一个带线导体电路单元，两个或两个以上的带线导体电路单元以轴线上下层叠方式排列于圆柱腔中，相邻带线导体电路单元之间设置一磁铁；并在，最下层带线导体电路单元的下方设置一磁铁，最上层带线导体电路单元的上方设置一磁铁，从而，每个带线导体电路单元的上方和下方均配置有磁铁。4.根据权利要求3所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于在磁铁与带线导体电路单元之间配置有极片。5.根据权利要求4所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于在相邻带线导体电路单元之间配置有金属垫片。6.根据权利要求5所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于所述金属垫片呈星状鱼鳍状，其外形尺寸大于圆柱腔的内径，金属垫片的鱼鳍弯贴于圆柱腔中形成电接触，为层叠的带线导体电路单元提供电接地面。7.根据权利要求3所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于每个带线导体电路的一端口连接一电阻负载。8.根据权利要求3所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于每个带线导体电路具有两个以上的端口。9.根据权利要求3所述的多结带线微波环行结隔离器，其特征在于在最上层带线导体电路单元上方的磁铁上排列有带有多臂的极片，盖板压于带有多臂的极片之上。全文摘要本发明提供一种多结带线微波环行结隔离器，壳体具有一个圆柱腔，两个或两个以上的带线导体电路以轴线上下层叠方式装入壳体的圆柱腔中，所述两个或两个以上的带线导体电路采用层叠串接方式相连，带线导体电路的一端口连接到相邻相继的另一带线导体电路的一端口，共用磁场偏置系统为铁氧体元件提供磁场，两个铁氧体元件结合入一个带线导体电路，构成层叠连接的多结带线环行结隔离器。该技术方案不仅结构紧凑，还具有高隔离度和低插损性能，利用标准的单环行结隔离器的元件达到成倍高隔离度性能，值得在业内广泛推广应用。文档编号H01P1/387GK101771183SQ200910224748公开日2010年7月7日申请日期2009年11月13日优先权日2009年7月20日发明者勇俊·坂,尼古拉·武罗布维奇,帕米特·S·恰瓦洛申请人:世达普(苏州)通信设备有限公司;加拿大世达普电子器件股份有限公司