一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带环行器制造技术

本发明专利技术公开了一种Ka波段叠层式铁氧体薄膜结构微带环行器，包括介质基片、以镀膜工艺在所述介质基片上依次形成第一铁氧体薄膜层、介质薄膜层和第二铁氧体薄膜层、以及设置所述第二铁氧体薄膜层上的微带线，所述微带线作为环行器的导体电路与外部电路相连接；所述介质薄膜层采用薄膜附着性的材料且其相对介电常数低于所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的相对介电常数。本发明专利技术通过改变铁氧体薄膜的结构形式，达到了既能改善铁氧体单层薄膜易断裂的问题，降低了镀膜工艺的难度，又能提升环行器环行效果的目的。实验结果表明，适当厚度且低相对介电常数的介质层对环行器的回波损耗、隔离度、插入损耗和工作带宽都有显著的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带环行器
本专利技术属于微波器件
，涉及一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带环行器。
技术介绍
铁氧体环行器是微波铁氧体器件中的一种，在雷达、通信等设备系统中，它一般被用作信号收、发的共用装置。在信号发射和接收系统中，铁氧体环行器可以把输入输出的信号进行隔离，同时也有信号放大以及去耦、匹配的作用。现代通信、射频技术的发展趋势是得微波铁氧体器件必定要朝着小型化、集成化、轻量化的方向发展，所以微带线结构的铁氧体环行器成为了研究重点，而将铁氧体薄膜技术应用于环行器是减少设备尺寸和重量合理有效的方法。但铁氧体薄膜在制作方面会有随着薄膜厚度的增加导致薄膜断裂、薄膜性能降低的缺点，这种问题严重制约薄膜器件的发展。故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种高性能且易产业化的Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带环行器，通过将低相对介电常数薄膜作为介质层添加到铁氧体薄膜中间，从而降低镀膜难度，同时也能提高环行器的环行性能。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的技术方案如下：一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，包括：介质基片、以镀膜工艺在所述介质基片上依次形成第一铁氧体薄膜层、介质薄膜层和第二铁氧体薄膜层、以及设置所述第二铁氧体薄膜层上的微带线，所述微带线作为环行器的导体电路与外部电路相连接；所述介质薄膜层采用薄膜附着性的材料且其相对介电常数低于所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的相对介电常数。优选地，所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的厚度相同。优选地，所述环行器为三端器件，所述微带线包括一个圆盘结和三个Y结，所述Y结以所述圆盘结的圆心为中心形成对称分布，每个Y结之间的夹角为120°。优选地，所述介质基片1为Al2O3晶体介质基片。优选地，所述第一铁氧体薄膜层2和第二铁氧体薄膜层4为BaM铁氧体薄膜层。优选地，所述介质薄膜层3为MgO介质薄膜层。优选地，还包括设置在所述介质基片底端的金属接地板6。优选地，所述介质基片1的厚度为200μm。优选地，所述第一铁氧体薄膜层2和第二铁氧体薄膜层4的厚度为5μm。优选地，所述介质薄膜层的厚度3为0.05μm。本专利技术在传统单层薄膜铁氧体环行器的基础上，改变铁氧体薄膜的结构形式，采用叠层薄膜结构，铁氧体薄膜中间添加低相对介电常数材料作为介质层，优化出介质层最佳的相对介电常数和厚度，改善了环行器的环行效果和工作带宽。同时，叠层式薄膜相较与单层薄膜在性能与制作方面都有较大优势，降低了在镀膜过程中断裂的风险和加工难度。附图说明图1是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器的俯视图。图2是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器的剖视图。图3是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器微带线具体尺寸示意图。图4是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同相对介电常数对环行器回波损耗S11的影响的示意图。图5是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同相对介电常数对环行器隔离度S21的影响的示意图。图6是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同相对介电常数对环行器插入损耗S31的影响的示意图。图7是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同相对介电常数对环行器工作带宽的影响的示意图。图8是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同厚度对环行器回波损耗S11的影响的示意图。图9是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同厚度对环行器隔离度S21的影响的示意图。图10是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同厚度对环行器插入损耗S31的影响的示意图。图11是本专利技术所述一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器中介质层不同厚度对环行器工作带宽影响的示意图。具体实施方式下面结合附图和一种实施方式，对本专利技术作进一步的详细说明，不能认定本专利技术的具体实施方式仅限于此。参见图1，所示为本专利技术Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器的俯视图，其为三端器件，三个端口形成环行输入输出。参见图2，所示为本专利技术Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器的剖视图，包括介质基片1、以镀膜工艺在所述介质基片上依次形成第一铁氧体薄膜层2、介质薄膜层3和第二铁氧体薄膜层4、以及设置所述第二铁氧体薄膜层上的微带线5，微带线5作为环行器的导体电路与外部电路相连接；介质薄膜层3采用薄膜附着性的材料且其相对介电常数低于所述第一铁氧体薄膜层2和第二铁氧体薄膜层4的相对介电常数。晶体介质基片、铁氧体薄膜、介质层的平面形状可以根据环行器的具体要求设置为矩形、六边形、圆形及其他形状，在以下仿真测试中设置为六边形。采用上述技术方案，铁氧体薄膜是由传统单层薄膜转为双层，中间添加能附于铁氧体的材料作为介质层，起到粘合上下两层铁氧体薄膜层的作用，降低了单层薄膜实物制作时薄膜断裂的风险，从而能够大幅度增加薄膜厚度，大大降低镀膜工艺的难度，克服现有技术中随着薄膜厚度的增加导致薄膜断裂的几率加大的技术缺陷。同时，由于介质薄膜层采用相对低介电常数的材料，低介电常数介质材料的加入降低了整体薄膜层的介电常数，降低了整体的阻抗，从而使铁氧体薄膜性能也有一定的提高，进而提升了环行器的环行效果。因此，适当改变介质层相对介电常数和厚度，可以获得低损耗、高带宽的高性能器件，通过优化设计，得到最佳介质层的相对介电常数和厚度，可以获得比传统单层薄膜铁氧体环行器更好的环行效果。在一种优选实施方式中，介质基片为Al2O3晶体介质基片，第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层为BaM铁氧体薄膜层，介质薄膜层为MgO介质薄膜层。铁氧体薄膜厚度和介质层厚度由环行器具体要求和工艺条件决定。在一种优选实施方式中，环行器由两层厚度为5μm的BaM铁氧体薄膜层与厚度为0.05μm的MgO介质薄膜层通过镀膜工艺构成，其中，BaM铁氧体饱和磁化强度为4000Gs，相对介电常数为12，铁磁共振线宽为100Oe；MgO介质薄膜层3厚度为50nm,其相对介电常数为9.8；Al2O3晶体介质基片2厚度为200μm，其相对介电常数为9.8。本专利技术在性能仿真和实验中发现，上述结构中，MgO材料对BaM铁氧体材料在性能方面起到极大的提升作用。在一种优选实施方式中，还包括设置在所述介质基片底端的金属接地板。具体可以采用设置屏蔽盒，屏蔽盒高度设置为5mm。在一种优选实施方式中，为了对铁氧体薄膜进行磁化，可以在匹配阻抗变化器(微带线)的上面安装永磁体。参见图3，所示为本专利技术中微带线的结构图，微带线包括一个圆盘结和三个Y结，所述Y结以所述圆盘结的圆心为中心形成对称分布，每个Y结之间的夹角为120°。微带线的厚度由器件的工作频率的趋肤深度决定。为了实现50欧姆阻抗匹配，在本专利技术一种优选实施方式中，圆盘结5的半径为0.735mm,微带线采用三个递减式矩形框，其中，w1、w2、w3分别为三个匹配线宽度；l1、l2、l3为三个匹配线长度。具体尺寸w1＝0.441mm、w2＝0.394mm、w3＝0.351mm、l1＝0.456mm、l2＝0.689mm、l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，包括：介质基片、以镀膜工艺在所述介质基片上依次形成第一铁氧体薄膜层、介质薄膜层和第二铁氧体薄膜层、以及设置所述第二铁氧体薄膜层上的微带线，所述微带线作为环行器的导体电路与外部电路相连接；所述介质薄膜层采用薄膜附着性的材料且其相对介电常数低于所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的相对介电常数。

【技术特征摘要】
1.一种Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，包括：介质基片、以镀膜工艺在所述介质基片上依次形成第一铁氧体薄膜层、介质薄膜层和第二铁氧体薄膜层、以及设置所述第二铁氧体薄膜层上的微带线，所述微带线作为环行器的导体电路与外部电路相连接；所述介质薄膜层采用薄膜附着性的材料且其相对介电常数低于所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的相对介电常数。2.根据权利要求1所述的Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，所述第一铁氧体薄膜层和第二铁氧体薄膜层的厚度相同。3.根据权利要求1或2所述的Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，所述环行器为三端器件，所述微带线包括一个圆盘结和三个Y结，所述Y结以所述圆盘结的圆心为中心形成对称分布，每个Y结之间的夹角为120°。4.根据权利要求1或2所述的Ka波段叠层式薄膜铁氧体微带线环行器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑辉，刘佩森，郑鹏，吴建锋，郑梁，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33