專利名稱：基于ltcc技術的帶狀線式鐵氧體移相器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波通訊器件技術領域，涉及LTCC工藝，具體涉及一種小型化帶狀線式鐵 氧體移相器。
背景技術：
相對于PIN二極管、MMIC等形式的移相器，鐵氧體移相器在插入損耗以及平均功率方 面具有很大的優(yōu)勢。目前常見的鐵氧體移相器從結(jié)構(gòu)上區(qū)分主要有兩大類其一是采用在波導內(nèi)加載鐵氧體空心矩形棒的形式；其二是采用在鐵氧體基片上印刷微帶線的結(jié)構(gòu)形式。前 一種結(jié)構(gòu)中由于波導尺寸參數(shù)要由傳輸電磁波的波長來確定，很難壓縮，導致移相器的體積 和重量都較大。而后一種結(jié)構(gòu)形式中雖然鐵氧體基片和微帶部分的體積和重量不大，但為了 磁化鐵氧體基片需要額外附加磁化電路和磁路，也導致了整個微帶鐵氧體移相器體積偏大。 此外，微帶型鐵氧體移相器在移相度和插損方面的性能也較差。因此，如何在縮小鐵氧體移 相器的體積和重量的同時，又能保證其良好的移相性能，成為當前鐵氧體移相器發(fā)展所面臨 的一大技術難題。近年來LTCC (低溫共燒陶瓷)技術的出現(xiàn)和發(fā)展為開發(fā)具有創(chuàng)新設計的疊層鐵氧體移 相器創(chuàng)造了條件。LTCC技術作為一種先進的多層陶瓷技術，不僅可將傳統(tǒng)陶瓷器件結(jié)構(gòu)從 原先的一維擴充到三維，而且LTCC技術多層化過程中采用了流延和通孔技術，除了方便于 加工生產(chǎn)以外，還可提供比常規(guī)基板材料更好的層厚控制，得到嵌入元素值上更緊的公差， 因而有望在兼顧鐵氧體移相器小型化和高性能方面取得突破。目前，雖然LTCC技術在片式電感、電容、濾波器等無源器件中已獲得了廣泛的應用， 但由于鐵氧體移相器結(jié)構(gòu)較為復雜，并且其工作時鐵氧體還需進行預磁化，小型化較為困難。 因此，到目前為止，尚未有關于小型化LTCC疊層結(jié)構(gòu)鐵氧體移相器的研究報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種基于LTCC技術的疊層帶狀線式鐵氧體移相器，該鐵氧體移相器在兼顧 常規(guī)鐵氧體移相器在插入損耗以及平均功率方面的優(yōu)異性能的同時，能夠顯著縮小鐵氧體移 相器的體積。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)4基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，如圖1至圖4所示，包括
上下兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片4，兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片4之間夾有兩條相互平行的磁化 電流導線6和一條移相用彎曲式微帶線，磁化電流導線6平行于矩形陶瓷介質(zhì)基片4的長邊; 所述移相用彎曲式微帶線由特性阻抗相等的三段微帶線構(gòu)成，兩段相互平行的直線式微帶線 3的中間串接U型折疊彎曲式微帶線5;所述兩條磁化電流導線6與移相用彎曲式微帶線的 直線式微帶線3相互平行并保持4倍以上直線式微帶線3微帶線寬的間距。
上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片1;所述矩形旋磁鐵氧體基片1的寬度大于所述所矩形陶 瓷介質(zhì)基片4的寬度；兩層矩形旋磁鐵氧體基片1之間夾有所述兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片4， 寬度方向上超過矩形陶瓷介質(zhì)基片4的兩邊相互連通，形成一個封閉的旋磁鐵氧體環(huán)帶狀磁 回路；所述上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片1的外表面的中間環(huán)帶部分鍍有銀電極2，形成移 相器的帶狀線地電極。
所述上下兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片4為單張LTCC流延陶瓷介電膜片或多張LTCC流延陶 瓷介電膜片疊片而成。
所述上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片1采用多張LTCC流延旋磁鐵氧體膜片疊片而成。
所述磁化電流導線6和移相用彎曲式微帶線采用LTCC印刷工藝印制在任一層矩形陶瓷 介質(zhì)基片4表面，材料為金屬銀。
上述方案所述的基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，為了便于引出電極，可在所 述上層矩形旋磁鐵氧體基片1和上層矩形陶瓷介質(zhì)基片4與移相用彎曲式微帶線的兩段直線 式微帶線3的兩端對應的地方開有缺口，以漏出兩段直線式微帶線3的兩端；所述兩段直線 式微帶線3的兩端上方的缺口部分鍍有銀電極，作為移相器微波饋電信號的輸入、輸出端的 端電極；所述上層矩形旋磁鐵氧體基片1和上層矩形陶瓷介質(zhì)基片4與磁化電流導線6的兩 端對應的地方開有缺口，以漏出磁化電流導線6的兩端；所述兩條磁化電流導線6的兩端上 方部分鍍有銀電極，作為移相器兩股對稱磁化電流的輸入、輸出端的端電極。
上述方案中，需要說明的是
(1) 、所述移項用彎曲式微帶線的寬度應確保其特性阻抗為50Q，其中U型折疊彎曲式 微帶線5由若干相同的四分之一波長線彎曲連接而成，且直線式微帶線3的長度也大于四分 之一波長。
(2) 、磁化電流導線6的線寬沒有特別限制。本移相器最上表面和最下表面未印刷接地電極的四個缺口大小應確保最后在端頭涂覆的 為接通磁化電流的電極與接地電極之間絕緣。所述上層矩形旋磁鐵氧體基片和上層矩形陶瓷 介質(zhì)基片為露出移相用彎曲式微帶線電極端頭而開的缺口，應確保微帶電極端頭既能充分露 出來，以方便進行微波饋電，同時又要保證被蓋住的彎曲微帶線兩端的直線式微帶線3的長
度大于四分之一波長。
本發(fā)明所述的移項器在制備時，首先分別制備兩層矩形旋磁鐵氧體基片1和兩層矩形陶
瓷介質(zhì)基片4，并其中一層矩形陶瓷介質(zhì)基片4表面印刷磁化電流導線6和移相用彎曲式微 帶線；然后將四層基片依次疊放，通過等靜壓和燒結(jié)后成為一個整體。其中這一整體內(nèi)部的 電極部分采用LTCC印刷工藝并和陶瓷共燒固化制得，而最上和最下表面的接地電極則可等 燒結(jié)后再通過絲網(wǎng)印刷銀漿并燒銀固化制得。此外，在移相器兩端四個磁化電流電極引出端 的位置刷上銀電極，以方便接通磁化電流。在燒結(jié)體的一個側(cè)面也印刷有部分電極，以連通 上下表面的接地電極。
本發(fā)明所述的鐵氧體基片采用低溫燒結(jié)的尖晶石系旋磁鐵氧體粉料，經(jīng)混料、流延和疊 層獲得；陶瓷介質(zhì)基片采用低溫燒結(jié)的介電陶瓷粉料，經(jīng)混料、流延獲得。其中兩層鐵氧體 基片的厚度相等，間于300 5000微米之間；兩層陶瓷介質(zhì)基片的厚度相等，間于50 200 微米之間。鐵氧體和絕緣介質(zhì)基片的燒結(jié)收縮率基本一致，以防止共燒時在分界處出現(xiàn)翹曲 或開裂。
本發(fā)明與現(xiàn)有的鐵氧體移相器相比，體積和質(zhì)量都可以顯著的縮小，更利于實現(xiàn)移相器 與其它有源/無源器件和組件的集成。


圖1是本發(fā)明基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器的下層鐵氧體基片形狀及表面印 刷電極圖案。
圖2是本發(fā)明基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器的陶瓷介質(zhì)基片形狀及表面印刷 磁化電流導線和移相用彎曲式微帶線圖案。
圖3是本發(fā)明基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器的上層鐵氧體基片形狀及表面印 刷電極圖案。
圖4是本發(fā)明基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器的立體示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合一個具體實施及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。
具體實施的LTCC疊層帶狀線鐵氧體移相器其中心頻率約為9.2GHz，帶寬大于300MHz， 帶寬內(nèi)插入損耗〈2dB，駐波比VSWR^1.5，相移量超過270度。而該鐵氧體移相器的長、寬 和高僅約為20mm、 10mm和4mm，遠小于常規(guī)的波導型和微帶型的鐵氧體移相器。
圖1 圖4為該LTCC疊層帶狀線鐵氧體移相器各層及整體的結(jié)構(gòu)示意圖。主要結(jié)構(gòu)包
括
下層鐵氧體基片，該基片采用15張厚度為O.lmm的低溫燒結(jié)旋磁鋰鐵氧體粉料流延膜 片疊層形成，總厚度約1.5mm，寬邊長為20mm，長邊長為10mm，其表面印刷電極圖案如 圖1所示。
下層陶瓷介質(zhì)基片，該基片為l張厚度為O.lmm的低溫燒結(jié)介電陶瓷流延膜片，陶瓷材 料采用的是Ferro公司ULF140型LTCC陶瓷。該基片寬邊長為15mm，長邊長為10mm，其 表面印刷電極圖案如圖2所示。其中中間印刷的為移項用彎曲式微帶線，兩邊兩條平行的磁 化電流導線。
上層陶瓷介質(zhì)基片，該基片為l張厚度為0.1mm的低溫燒結(jié)介電陶瓷流延膜片，陶瓷材 料采用的是Ferro公司ULF140型LTCC陶瓷。該基片寬邊長為15mm，長邊長為10mm，該 基片在對應移相用彎曲式微帶線的兩段直線式微帶線3的兩端的地方以及對應磁化電流導線 6的兩端的地方開有六個缺口。
上層鐵氧體基片，該基片采用15張厚度為O.lmm的低溫燒結(jié)旋磁鋰鐵氧體粉料流延膜 片疊層形成，總厚度約1.5mm，寬邊長為20mm，長邊長為10mm，其表面印刷電極圖案及 缺口部分如圖4所示。
將以上四層基片依次疊層、等靜壓后共燒結(jié)，形成一個整體。其中這一整體內(nèi)部的電極 部分采用LTCC印刷工藝并和陶瓷共燒固化制得，而最上和最下表面的接地電極則可等燒結(jié) 后再通過絲網(wǎng)印刷銀漿并燒銀固化制得。此外，在移相器兩端四個磁化電流電極引出端的位 置刷上銀電極，以方便引入電流；在燒結(jié)體的一個側(cè)面也印刷有部分電極，以連通上下表面 的接地電極。由于第一層和第二層鐵氧體基片與x軸平行的邊長長于絕緣介質(zhì)基片，因此通 過疊層、等靜壓和燒結(jié)工藝后，兩個鐵氧體層形成了一個閉合的回路，中間夾有兩層絕緣介 質(zhì)層以及彎曲微帶電極和磁化電流電極。
7如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。該基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器在工作 時，上下表面的電極均接地，通過兩條直線的磁化電流電極分別施加相同大小的脈沖磁化電 流，可使閉合的旋磁鐵氧體回路磁化，去掉磁化電流后可使旋磁鐵氧體基片工作于指定的剩 磁狀態(tài)，并可通過調(diào)整脈沖磁化電流的大小改變鐵氧體的剩磁狀態(tài)。在移相用彎曲式微帶線 的兩個端電極分別連接同軸或微帶饋電，微波信號就會產(chǎn)生非互易的差相移。
權(quán)利要求
1、基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，包括上下兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)，兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)之間夾有兩條相互平行的磁化電流導線(6)和一條移相用彎曲式微帶線，磁化電流導線(6)平行于矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)的長邊；所述移相用彎曲式微帶線由特性阻抗相等的三段微帶線構(gòu)成，兩段相互平行的直線式微帶線(3)的中間串接U型折疊彎曲式微帶線(5)；所述兩條磁化電流導線(6)與移相用彎曲式微帶線的直線式微帶線(3)相互平行并保持4倍以上直線式微帶線(3)微帶線寬的間距；上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片(1)；所述矩形旋磁鐵氧體基片(1)的寬度大于所述所矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)的寬度；兩層矩形旋磁鐵氧體基片(1)之間夾有所述兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)，寬度方向上超過矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)的兩邊相互連通，形成一個封閉的旋磁鐵氧體環(huán)帶狀磁回路；所述上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片(1)的外表面的中間環(huán)帶部分鍍有銀電極(2)，形成移相器的帶狀線地電極；所述上下兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)為單張LTCC流延陶瓷介電膜片或多張LTCC流延陶瓷介電膜片疊片而成；所述上下兩層矩形旋磁鐵氧體基片(1)采用多張LTCC流延旋磁鐵氧體膜片疊片而成；所述磁化電流導線(6)和移相用彎曲式微帶線采用LTCC印刷工藝印制在任一層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)表面，材料為金屬銀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，其特征在于，所述上層矩形旋磁鐵氧體基片(1)和上層矩形陶瓷介質(zhì)基片(4)與移相用彎曲式微帶 線的兩段直線式微帶線(3)的兩端對應的地方開有缺口，以漏出兩段直線式微帶線(3)的 兩端；所述兩段直線式微帶線(3)的兩端上方的缺口部分鍍有銀電極，作為移相器微波饋電 信號的輸入、輸出端的端電極；所述上層矩形旋磁鐵氧體基片(1)和上層矩形陶瓷介質(zhì)基片 (4)與磁化電流導線(6)的兩端對應的地方開有缺口，以磁化電流導線(6)的兩端；所述 兩條磁化電流導線(6)的兩端上方部分鍍有銀電極，作為移相器兩股對稱磁化電流的輸入、 輸出端的端電極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，其特征在于，所述 移項用彎曲式微帶線的寬度應確保其特性阻抗為50Q，其中U型折疊彎曲式微帶線(5)由 若干相同的四分之一波長線彎曲連接而成，且直線式微帶線(3)的長度也大于四分之一波長。
4、根據(jù)權(quán)利要求l一3中所述任一基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，其特征在 于，所述的鐵氧體基片采用低溫燒結(jié)的尖晶石系旋磁鐵氧體粉料，經(jīng)混料、流延和疊層獲得; 絕緣介質(zhì)基片采用低溫燒結(jié)的介電陶瓷粉料，經(jīng)混料、流延獲得。
全文摘要
基于LTCC技術的帶狀線式鐵氧體移相器，屬于微波通訊器件技術領域。整個移相器由兩層矩形旋磁鐵氧體基片包夾兩層矩形陶瓷介質(zhì)基片形成，兩層陶瓷介質(zhì)基片之間夾有兩條平行的磁化電流導線和一條移相用彎曲式微帶線；鐵氧體基片在寬度方向上超過陶瓷介質(zhì)基片的兩邊相互連通，形成封閉的磁回路。器件工作時，鐵氧體基片表面的環(huán)帶形銀電極接地，通過磁化電流導線施加脈沖磁化電流使旋磁鐵氧體回路磁化，去掉磁化電流后使旋磁鐵氧體基片工作于剩磁狀態(tài)；在移相用彎曲式微帶線的兩個端電極之間連接微波信號，就會產(chǎn)生非互易的差相移。本發(fā)明與現(xiàn)有的鐵氧體移相器相比，體積和質(zhì)量都可以顯著的縮小，更利于實現(xiàn)移相器與其它有源/無源器件和組件的集成。
文檔編號H01P1/18GK101557024SQ200910059359
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者唐曉莉, 張懷武, 楊許文, 樺 蘇, 荊玉蘭, 鋼 薛, 賈利軍, 鐘智勇 申請人:電子科技大學