一种3GHz-8GHz的YIG可调谐带阻滤波器的制作方法

一种3ghz-8ghz的yig可调谐带阻滤波器
技术领域
1.本技术属于微波磁学器件技术领域，尤其涉及一种3ghz-8ghz的yig可调谐带阻滤波器。


背景技术：

2.基于铁氧体材料的可调谐带阻滤波器在微波领域里是一类十分重要的电子元器件，其在军工领域广泛应用。现有的铁氧体材料主要有yig、gayig、bicavig、锂铁氧体、钡铁氧体。由于yig制成的微波谐振器q值比其余铁氧体材料制成的微波谐振器的q值高很多，yig材料制成的微波谐振器得以广泛应用，利用谐振原理，可制成yig可调谐带阻滤波器。yig带阻滤波器具有广泛的用途，其具有体积小、可多倍频程调谐、q值高、线性度高、稳定性好等优点。在军用方面，可应用在现在电子战中，在控制外加偏置磁场的情况下，能够极速连接敌方灵活多变的干扰信号，同时代替体积庞大的滤波器组，实现作战设备小型化，携带方便，使得作战更便捷。而在民用通信领域，其替代滤波器组实现小型化的优点仍然可用在很多场合的到应用，例如仪器仪表，uwb接收系统。
3.传统的基于yig材料设计的可调谐带阻滤波器常以yig小球作为谐振器耦合加工精细的带状线来实现阻带可调谐的目的。如德国teledyne公司在2012年公开了一种使用基于yig材料制作的小球结构的带阻滤波器，该滤波器主要有基于yig材料制成的小球结构的谐振器和一条围绕小球谐振器弯曲的带状线组成，在外加偏置磁场的情况下，实现了阻带可调谐。但将yig材料制作成直径很小的近圆的小球的难度高、成品率低，与yig材料制成的小球耦合的带状线同样体积小，加工难度大；同时，在装配yig小球时需要调节其晶向，晶向调节难度大，yig小球需要支撑杆支撑，结构复杂，装配难度大，非平面化结构更不利于集成。同时，传统的带阻滤波器通常采用带状线、微带线、同轴线等传输线设计，具有平面化易装配、易集成等优点，但具有频点单一，不可调谐等缺点。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术缺陷，本技术提供一种3ghz-8ghz的yig可调谐带阻滤波器，采用yig材料和ggg材料的基片与光刻于罗杰斯5880基板上微带电路耦合替代传统的yig小球和带状线的结构，并将谐振腔填充聚四氟乙烯，同时解决微带线上射频磁场均匀程度不及带状线上的射频磁场均匀程度的问题，和高低阻抗形式的带状线加工难度大和精度差的问题，调谐范围覆盖3ghz-8ghz。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术：一种3ghz-8ghz的yig可调谐带阻滤波器，包括金属谐振腔、设于金属谐振腔内的平面化谐振电路，以及填充于金属谐振腔内的聚四氟乙烯填充层，其中：平面化谐振电路包括基板以及沿基板长度方向光刻于基板一面中心线上的微带电路；微带电路从一端到另一端依次包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微
带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线，整个微带电路关于第五微带线的长度方向中心点对称布置；第一微带线连接rf输入端口，第九微带线连接rf输出端口，rf输入端口和rf输出端口分别伸出于金属谐振腔两端；聚四氟乙烯填充层的一面设于基板光刻有微带电路（11）的一面处，且与微带电路紧贴，聚四氟乙烯填充层上沿长度方向的中心线贯通设置有三个容置槽，容置槽的位置分别对应第三微带线、第五微带线、第七微带线，容置槽内均设置有ggg材料基板，ggg材料基板的一面设有yig材料薄膜，yig材料薄膜表面与微带电路表面之间具有预定间距，ggg材料基板的另一面与聚四氟乙烯填充层的另一面具有预定高度差。
6.本发明有益效果在于：1、微带电路采用微带形式溅射光刻在材料为罗杰斯5880的基板上，相比于带状线形式，加工难易程度和精度都大幅提升，且易于装配。
7.2、相比于传统微带线，谐振腔内的空气填充改为聚四氟乙烯填充，基板介电常数近似等于聚四氟乙烯的介电常数，这解决了微带线上射频磁场均匀程度不及带状线的问题，通过这种该方式，近似模拟了带状线的同时又解决了加工难度和精度的问题。
8.3、通过改变外加偏置均匀磁场的大小，就可以改变yig的铁磁共振频率，进一步地近似线性地改变带阻滤波器的中心频率，克服了传统滤波器中心频率不可调谐的缺点。
9.4、采用微带线紧凑的平面化结构，体积较小，易于mmic集成、调谐方便。除此之外，yig材料采用薄膜结构替代小球结构，减小结构复杂程度，易于加工和装配。
10.5、现有技术在3ghz-8ghz频率范围内研究高性能且易于实现的可调谐带阻滤波器的设计研究较少，本方案填补了这方面的空白，实现了深阻带、宽带宽的调谐，最大阻带深度达到-60db以下, 3db带宽大于50mhz。
附图说明
11.图1是本技术实施例的平面化谐振电路和聚四氟乙烯填充层的立体图一。
12.图2是本技术实施例的平面化谐振电路和聚四氟乙烯填充层的立体图二。
13.图3是本技术实施例的平面化谐振电路和聚四氟乙烯填充层的立体爆炸视图。
14.图4是本技术实施例的平面化谐振电路、ggg材料基板、yig材料薄膜的结构图。
15.图5是本技术实施例的平面化谐振电路和聚四氟乙烯填充层剖面视图。
16.图6是图5中的a部放大图。
17.图7是本技术实施例的yig可调谐带阻滤波器在强度为2025奥斯特的外加偏置均匀磁场的情况下的仿真结果。
18.图8是本技术实施例的yig可调谐带阻滤波器在强度为1265奥斯特的外加偏置均匀磁场的情况下的仿真结果。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.本技术实施例提供一种3ghz-8ghz的yig可调谐带阻滤波器，如图1~图6所示，包括金属谐振腔、设于金属谐振腔内的平面化谐振电路，以及填充于金属谐振腔内的聚四氟乙烯填充层2。
21.平面化谐振电路一端连接伸出于金属谐振腔一端的rf输入端口3、另一端连接伸出于金属谐振腔另一端的rf输出端口4。
22.平面化谐振电路包括基板1以及沿基板1长度方向光刻于基板1一面中心线上的微带电路11。基板1为罗杰斯5880（rogers rt/duroid 5880）基板。微带电路属于阶跃阻抗电路，呈现高低阻抗微带线串联形式，从外观上类似于糖葫芦串，微带电路11从一端到另一端依次包括依次连接的第一微带线111、第二微带线112、第三微带线113、第四微带线114、第五微带线115、第六微带线116、第七微带线117、第八微带线118、第九微带线119。第一微带线111连接rf输入端口3，第九微带线119连接rf输出端口4。
23.整个微带电路11关于第五微带线115的长度方向中心点对称布置。具体是，第一微带线111与第九微带线119，第二微带线112与第八微带线118，第三微带线113与第七微带线117，第四微带线114与第六微带线116，分别均关于第五微带线115对称布置。
24.第一微带线111、第三微带线113、第五微带线115的长度方向尺寸大于宽度方向尺寸，且第一微带线111的宽度方向尺寸大于第三微带线113、第五微带线115的宽度方向尺寸，第三微带线113和第五微带线115的宽度方向尺寸相同；第二微带线112、第四微带线114的长度方向尺寸小于宽度方向尺寸，且第二微带线112的宽度方向尺寸小于第四微带线114的宽度方向尺寸。
25.聚四氟乙烯填充层2的一面设于基板1光刻有微带电路11的一面处，且与微带电路11紧贴；聚四氟乙烯填充层2两端设有端口容纳槽20，分别用于容纳rf输入端口3和rf输出端口4位于金属谐振腔内的部段；聚四氟乙烯填充层2上沿长度方向的中心线贯通设置有三个容置槽21，容置槽21的位置分别对应第三微带线113、第五微带线115、第七微带线117，容置槽21内均设置有ggg材料基板5，ggg材料基板5的一面设有yig材料薄膜6，yig材料薄膜6的材质为铁氧体材料。
26.yig材料薄膜6表面与微带电路11表面之间具有预定间距，ggg材料基板5的另一面与聚四氟乙烯填充层2的另一面具有预定高度差。
27.在投影方向上，各yig材料薄膜6分别对应位于第三微带线113、第五微带线115、第七微带线117的长度方向中心处。
28.在外加偏置磁场强度为0奥斯特的情况下，当信号通过rf输入端口3从第一微带线111输入，经过微带电路11，然后从第九微带线119通过rf输出端口4输出时，电路呈现低通特性，截至频率为12ghz.在外加偏置磁场强度远大于yig材料的饱和磁化强度ms的情况下；当与yig材料在外加偏置磁场的条件下产生磁矩进动的频率相同的输入信号从第一微带线111输入，输出信号从第九微带线119输出时，激发铁氧体材料产生铁磁共振现象，此时将不断受输入信号产生的射频磁场的作用而无衰减地进动下去，此时铁氧体材料吸收大量能量，在呈现低通特性地通带内实现具有一定带宽和阻带深度的阻带；随着外加偏置磁场强度的改变，铁氧体材料铁磁共振的中心频率也随之改变，进而达到了阻带中心频率在低通滤波器通带内可调的目的。由于微带电路呈阶跃形状，高阻抗微带线，如第三微带线113、第五微带线115、第七微带线117宽度窄，能激励器很强的射频磁场，当yig材料薄膜6至于第三
微带线113、第微带线115、第七微带线117正下方时，激励起了较大阻带深度的阻带。
29.作为一个具体的实例：基板1厚度为0.254m，相对介电常数为2.1；第一微带线111长度为2mm、宽度为0.91mm；第二微带线112长度为0.25mm、宽度为2.45mm；第三微带线113长度为4.5mm、宽度为0.41mm；第四微带线114长度为1.8mm、宽度为2.45mm；第五微带线115长度为4.15mm、宽度为0.41mm；第六微带线116、第七微带线117、第八微带线118、第九微带线119关于第五微带线115横轴中心轴分别与第四微带线114、第三微带线113、第二微带线112、第一微带线111对称。
30.金属谐振腔高度为1mm。ggg材料基板5接地，yig材料薄膜6为铁氧体材料，放置于ggg材料基板5之上，三块yig材料薄膜6和ggg材料基板5的组合分别放置于第三微带线113、第五微带线115、第七微带线117正下方，yig材料薄膜6与微带电路11相距0.1mm，三块yig材料薄膜6厚度均为0.1mm、长为2mm、宽为1mm。ggg材料基板5与yig材料薄膜6等宽等长，厚度为0.3mm。
31.采用基于有限元法的3d电磁仿真软件对可调谐范围为3ghz-8ghz的基于yig材料的可调谐带阻滤波器进行仿真优化：当外加均匀偏置磁场2025奥斯特时，得到的仿真结果如图7所示，该偏置磁场所对应的中心频率处产生了较大的阻带带宽，3db带宽为100mhz，最大阻带深度达到-58db；当外加均匀偏置磁场1265奥斯特时，得到的仿真结果如图8所示，该偏置磁场所对应的中心频率处产生了的阻带带宽，3db带宽为50mhz，最大阻带深度达到-43db，其中，图7和图8中，表示回波损耗，表示插入损耗。
32.当改变外加偏置均匀磁场的强度1012奥斯特—2531奥斯特时，该滤波器可调谐范围为3ghz—8ghz。
33.以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。