一种基于SIW结构的环行器的制作方法

一种基于siw结构的环行器
技术领域
1.本发明涉及环行器，尤其涉及一种基于siw结构的环行器。


背景技术：

2.近些年来，微波频谱的利用日显拥挤，已被开发的频谱越来越难以承载飞速发展的通信技术所带来的压力，这就促使世界各国的科技人员去大力探索和开发更高频段的频谱资源，从而使得毫米波技术在较短的时间内取得的高速的发展。随着毫米波技术的不断发展，微波遥感、测距、测速、微波成像技术以及电子设备小型化的需求，其重要性凸显出来。毫米波铁氧体环行器作为毫米波技术的一个重要分支，且在雷达、微波测量、电子对抗等领域起着不可替代的作用。传统的微带环行器在毫米波频段损耗偏大，难以满足低插损的要求，而传统的波导结构环行器体积较大，难以满足小型化的需求。
3.然而现有的铁氧体材料最大饱和磁矩相对于3mm波段而言，其归一化磁矩远小于正常宽带环行器采用归一化磁矩，这限制了毫米波环行器的带宽。同时，由于siw结构本身q值高，匹配方法少，基于siw结构的毫米波环行器带宽很难做宽，因此研究拓展siw结构环行器带宽的方法具有更重要的现实意义。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种能实现低插损、拓展工作带宽的基于siw结构的环行器。
5.技术方案：本发明的环行器，包括磁钢、垫片、硅基结构、铁氧体、匹配块和高导磁材料金属，结构从上到下依次为：磁钢、垫片、硅基结构、高导磁材料金属；硅基结构上设有铁氧体槽、金属传输线和金属化通孔，铁氧体和匹配块设于铁氧体槽内；所述金属传输线为siw结构；所述铁氧体设于匹配块上，匹配块设于高导磁材料金属上。
6.进一步，所述硅基结构包括上层基片和下层基片，所述上层基片和下层基片通过键合结合在一起；所述金属化通孔设于下层基片上；所述铁氧体槽设于下层基片的中心位置，由上层基片和下层基片通过键合形成。
7.进一步，所述匹配块由柱体和设于柱体四周的一层表面金属构成。
8.进一步，所述柱体的材料与siw结构介质的材料相同。
9.进一步，所述铁氧体和匹配块的截面形状相同，为圆形，或多边形，或三角形。
10.一种基于siw结构的环行器，包括磁钢、垫片、硅基结构、铁氧体、匹配块和高导磁材料金属，结构从上到下依次为：磁钢、垫片、硅基结构、高导磁材料金属；硅基结构上设有铁氧体槽、金属传输线和金属化通孔，所述铁氧体和匹配块设于铁氧体槽内；所述金属传输线为siw结构；
11.所述匹配块设于铁氧体上，铁氧体设于高导磁材料金属上。
12.本发明与现有技术相比，其显著效果如下：
13.1、在下层基片的铁氧体槽内装入铁氧体和匹配块，改变铁氧体结的匹配状态，从
而有效解决siw环行器带宽窄的问题；
14.2、铁氧体和匹配块的结构，采用结内匹配，避免了结外的多结阻抗匹配，可以有效解决小型化问题；
15.3、匹配块是由与siw结构介质相同材料的柱体和一层表面金属构成，在拓展带宽同时实现与siw结构的良好热匹配，提高结构可靠性；
16.4、结内匹配的装配工艺简单易实现，适合批量生产。
附图说明
17.图1为本发明的总图；
18.图2为本发明的硅基结构示意图；
19.图3为本发明的匹配块结构示意图；
20.图4为本发明铁氧体和匹配块的装配示意图；
21.图5为本发明主体结构示意图；
22.图6(a)为siw结构环行器无匹配块的结构示意图，
23.图6(b)为siw结构环行器加入匹配块后的结构示意图；
24.图7为siw结构环行器加入匹配块前后性能对比图。
具体实施方式
25.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
26.如图1所示，本发明的环行器包括磁钢1、垫片2、硅基结构、铁氧体7、匹配块8和高导磁材料金属9，结构从上到下依次为：磁钢1、垫片2、硅基结构、高导磁材料金属9，铁氧体7和匹配块8设于铁氧体槽5内；铁氧体7设于匹配块8上，匹配块8设于高导磁材料金属9上。
27.如图2所示，硅基结构包括上层基片3、下层基片4，基片材料为硅。下层基片4上设有金属传输线、金属化通孔6以及装配铁氧体7和匹配块8的铁氧体槽5；铁氧体槽5位于下层基片4的中心位置，上层基片3与下层基片4通过键合结合在一起，能够满足可靠性要求。其中，匹配块8由硅圆柱体10和设于硅圆柱体10四周的一层表面金属11构成，如图3所示。
28.如图4所示，匹配块8装配到铁氧体槽内，同铁氧体7组成新的环行器结结构，匹配块8的加入，改变了原有的结工作状态，改善了环行器结内的匹配情况，从而有效的扩展了工作带宽，而且结内装配工艺简单易实现，适合批量生产。铁氧体7和匹配块8的截面形状相同，可以是圆形，也可以是多边形或三角形等其他形状。
29.如图6(a)所示为未加匹配块8的环行器，图6(b)为加匹配块8的环行器；其效果对比图如图7所示,本发明的工作带宽得到明显扩展。
30.装配过程如下：
31.如图5所示，将铁氧体7、匹配块8依次装配到铁氧体槽5内，再将高导磁材料金属9与下层基片4通过烧结工艺结合在一起，形成环行器的主体结构。同时由于高导磁材料金属9与下层基片4通过烧结在一起，能够保证铁氧体7、匹配块8不会掉落，同时能够使匹配块8与高导磁材料金属9能够充分接触。整个下层基片4的下方通过烧结高导磁材料金属9，使得铁氧体7和匹配块8被封闭在铁氧体槽5内，上层基片3的上方粘接垫片2和磁钢1，形成一个完整的嵌入式siw结构环行器。
32.另外，铁氧体7和匹配块8的填充顺序可以互相颠倒。
33.如图1所示，磁钢1、垫片2与图5的环行器主体部分依次通过粘接工艺粘接在一起，形成完整的基于mems工艺或陶瓷薄膜工艺的siw结构的环行器，粘接工艺满足可靠性要求，整个环行器也满足可靠性要求。
34.另外，采用铁氧体槽5内加匹配块8的siw结构的环行器，可以拓展为隔离器和环隔组件。


技术特征：
1.一种基于siw结构的环行器，其特征在于，包括磁钢(1)、垫片(2)、硅基结构、铁氧体(7)、匹配块(8)和高导磁材料金属(9)，结构从上到下依次为：磁钢(1)、垫片(2)、硅基结构、高导磁材料金属(9)；硅基结构上设有铁氧体槽(5)、金属传输线和金属化通孔(6)，铁氧体(7)和匹配块(8)设于铁氧体槽(5)内；所述金属传输线为siw结构；所述铁氧体(7)设于匹配块(8)上，匹配块(8)设于高导磁材料金属(9)上。2.根据权利要求1所述基于siw结构的环行器，其特征在于，所述硅基结构包括上层基片(3)和下层基片(4)，所述上层基片(3)和下层基片(4)通过键合结合在一起；所述金属化通孔(6)设于下层基片(4)上；所述铁氧体槽(5)设于下层基片(4)的中心位置，由上层基片(3)和下层基片(4)通过键合形成。3.根据权利要求1所述基于siw结构的环行器，其特征在于，所述匹配块(8)由柱体和设于柱体四周的一层表面金属构成。4.根据权利要求3所述基于siw结构的环行器，其特征在于，所述柱体的材料与siw结构介质的材料相同。5.根据权利要求1所述基于siw结构的环行器，其特征在于，所述铁氧体(7)和匹配块(8)的截面形状相同，为圆形，或多边形，或三角形。6.一种基于siw结构的环行器，其特征在于，包括磁钢(1)、垫片(2)、硅基结构、铁氧体(7)、匹配块(8)和高导磁材料金属(9)，结构从上到下依次为：磁钢(1)、垫片(2)、硅基结构、高导磁材料金属(9)；硅基结构上设有铁氧体槽(5)、金属传输线和金属化通孔(6)，所述铁氧体(7)和匹配块(8)设于铁氧体槽(5)内；所述金属传输线为siw结构；所述匹配块(8)设于铁氧体(7)上，铁氧体(7)设于高导磁材料金属(9)上。

技术总结
本发明公开了一种基于SIW结构的环行器，包括磁钢、垫片、硅基结构、铁氧体、匹配块和高导磁材料金属，结构从上到下依次为：磁钢、垫片、硅基结构、高导磁材料金属；硅基结构上设有铁氧体槽、金属传输线和金属化通孔，铁氧体和匹配块设于铁氧体槽内；所述金属传输线为SIW结构；所述铁氧体设于匹配块上，匹配块设于高导磁材料金属上。本发明通过环行器铁氧体槽内增加金属匹配块的结内匹配，改变环行器结的工作状态，改善环行器的工作带宽，有效解决基于SIW结构的环行器工作带宽窄的问题。SIW结构的环行器工作带宽窄的问题。SIW结构的环行器工作带宽窄的问题。


技术研发人员：刘水平 孙俊峰 马延平 韩群飞
受保护的技术使用者：中电国基南方集团有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/3/16