X波段铁氧体微带环行器阵列制造技术

X波段铁氧体微带环行器阵列，其特征在于，由N×M个铁氧体微带环行器单元组成，每个铁氧体微带环行器单元包括层叠设置的最上层板(1)、中上层板(2)、中下层板(3)、最下层板(4)；铁氧体微带环行器(5)设置于中下层板(3)的通孔内；永磁体(8)设置于中上层板(2)的通孔内，并与铁氧体微带环行器的铁氧体接触；铁氧体微带环行器(5)和永磁体(8)处于最上层板(1)和最下层板(4)之间。

【技术实现步骤摘要】
X波段铁氧体微带环行器阵列
本专利技术属于射频微波电路
，涉及一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术。应用于瓦片式相控阵雷达，具有小型化、高集成度、低成本等优点。
技术介绍
铁氧体微带环行器具有体积小、重量轻、成本低等优点，是有源相控阵雷达中关键元件。随着电子设备小型化、轻量化、多功能化的不断发展，减薄有源相控阵阵面，提高阵面集成度，是有源相控阵雷达技术革新的重要方向。传统砖块式封装的X波段有源相控阵雷达，有源阵面由大量的板条型电路阵列组成，微带环行器作为分立元件嵌入电路板中，与T/R组件连接。微带环行器焊入T/R组件电路，需将环行器安装入PCB板上的槽内，环行器的微带线端口需和T/R组件微带线精确对齐，一旦出现未对齐情况，难以进行校准。这使得焊接过程中容易出现误差，导致信号损失，带宽减小。环行器微带线与T/R组件微带线焊接通常是采用金丝键合线，这使得焊接成本高。传统的环行器封装工艺过程复杂、误差大、体积大、成本高，不利于雷达小型化发展。瓦片式相控阵雷达因具有阵面薄、集成度高等优点成为下一代雷达发展趋势。相比于传统的砖块式雷达，体积可以减小20％～80％，成本可降低80％以上。传统的环行器封装方式，难以满足瓦片式雷达小型化封装的需求。针对X波段微带环行器阵列进行瓦片式封装，可大幅减小环行器封装尺寸，提高集成度，降低封装成本。
技术实现思路
本专利技术针对瓦片式相控阵雷达中铁氧体微带环行器阵列小型化封装的需求，提出一种基于PCB板的瓦片式环行器阵列封装技术。基于PTFE介质材料，对微带环行器、微波传输线进行合理布局，实现4×4阵列微带环行器瓦片式封装，最终外形尺寸为80×80×3mm3，具有集成度高、成本低、易于装配等优点，能够满足瓦片式相控阵雷达的装配需求。本专利技术通过下述技术方案实现：一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术，其特征在于包括四层PCB介质板和微带环行器阵列。由上至下包括四层PCB介质板：最上层板(1)双面全覆铜，用于盖封环行器阵列；中上层板(2)和中下层板(3)均打n×m阵列的矩形通孔，中上层板的矩形通孔(6)用于安装环行器的永磁体(8)，中下层板的矩形通孔(7)用于嵌入铁氧体微带环行器(5)；最下层板(4)双面全覆铜，其上表面用于支撑环行器，下表面用于接地。封装于四层PCB板中的微带环行器通过垂直走线将传输线延伸至PCB板的最上层和最下层表面。所述环行器阵列单元垂直互联电路结构立体示意如图2所示，环行器阵列单元结构俯视图如图3所示，垂直走线结构为类同轴线，由围绕在中心导体周围的金属柱阵列组成。具体为：一个类同轴线(10)传输方向向下，位于带状线(9)一端，通过带状线与微带环行器端口相连，中心导体贯穿中下层板(3)和最下层板(4)。另两个类同轴线(11)传输方向向上，分别位于微带环行器另两个端口，中心导体贯穿中上层板(2)和最上层板(1)。最上层(1)和最下层板(4)的表面设有刻蚀圆(12)，即将PCB板表面铜刻蚀，以隔离类同轴线中心导体和铜层，刻蚀圆位于类同轴线中心导体周围。所述PCB板材料为聚四氟乙烯(PTFE：PolyTetraFluoroEthylene)，中上层板(2)的下表面印刷带状线电路。所述微带环行器阵列为4×4，可扩展至n×m阵列，阵列封装方式可推广至其它微波毫米波频段环行器封装。所述三个类同轴线，其中两个位于环行器(5)微带线的两个端口，一个位于带状线(9)的一端，每个类同轴线阻抗为50Ohm。类同轴线(10)和(11)的中心导体为毛纽扣，外导体为金属化孔，毛纽扣和金属化孔的直径均为0.5mm。金属化孔分布在以中心导体为圆心的圆周上，相邻金属化孔的圆心角为60°。所述封装结构完成后，在微带环行器和带状线周围打金属化通孔(13)，相邻金属化通孔间距为1mm，金属化通孔将四层PCB板打穿，连接最上层和最下层的覆铜板，实现良好接地。各环行器位于各自的屏蔽空间内工作，减小了环行器间的电磁干扰。上述方案中，X波段铁氧体微带环行器阵列封装按4×4阵列规模进行集成设计的，环行器阵列分布示意图如图4所示。该方案设计可按n×m阵列进行扩展，如4×8阵列、8×8阵列、16×16等。环行器阵列瓦片式封装方式也可推广至其它微波毫米波频段。本专利技术和传统封装方式相比有以下优点：1.基于PCB介质板，实现一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装，有效解决了环行器在雷达中占用体积大和不利于小型化装配的问题，提高了环行器封装集成度。2.基于PCB介质板的封装方式，电路制作采用目前成熟的印刷电路工艺，传输线主要包含金属化孔和毛纽扣。与传统的封装形式相比，大大降低了微波电路制作成本。3.类同轴线的中心导体采用毛纽扣，免去了复杂的焊接工序，易于装配，简化了制作流程，降低了环行器阵列封装的难度。附图说明：图1为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术中环行器阵列封装单元结构剖面图。图2为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术中环行器阵列单元垂直互联电路立体结构示意图。图3为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术中环行器阵列单元结构俯视图。图4为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术中环行器阵列分布示意图。图5为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术的插入损耗S21。图6为本专利技术所述一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装技术的回波损耗S11和隔离度S12。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。一种X波段铁氧体微带环行器阵列瓦片式封装单元结构，如图1、图2和图3所示，包括四块PCB介质板(即：最上层板(1)，中上层板(2)，中下层板(3)，最下层板(4))、铁氧体微带环行器(5)、永磁体(8)、矩形通孔(6)和(7)、带状线(9)、带状线一端的类同轴线(10)、环行器两个微带线端口处的类同轴线(11)、刻蚀圆(12)和金属化通孔(13)。所述四块PCB板材料为PTFE，介电常数3.5，损耗角正切为0.004。PCB板表面积80×80mm2，PCB板厚度从上到下分别为0.254mm，2.5mm，0.4mm，0.254mm。其中最上和最下层PCB板均双面覆铜。四层PCB板和微带环行器装配，用半固化片将四层PCB板粘合。封装完成后在环行器周围打金属化通孔(13)，直径为0.5mm，孔贯穿四层PCB板。所述4×4阵列的矩形通孔打在中间两层板，中下层矩形通孔(7)尺寸为7mm×7mm，中上层矩形通孔(6)尺寸为5mm×5mm。每个矩形通孔(7)中封装微带环行器，其中铁氧体基片尺寸为7×7×0.4mm3。每个矩形通孔(6)中封装永磁体。环行器阵列单元尺寸为16×16×3mm3，按4×4阵列方式进行分布，阵列分布如图4所示。所述带状线(9)印制在中上层板(2)下表面，一端位于矩形通孔(7)边缘，与环行器微带线相连。带状线长度为2mm，宽为0.6mm。所述类同轴线特性阻抗为50Ohm，包括中心导体和外导体，中心导体和外导体直径均为0.5mm。中心导体位置先打直径0.55mm的盲孔，再插入毛纽扣。外导体为金属化孔，打穿四层PCB板，孔内以银浆贯孔。金属化孔距毛纽扣1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.X波段铁氧体微带环行器阵列，其特征在于，由N×M个铁氧体微带环行器单元组成，每个铁氧体微带环行器单元包括层叠设置的最上层板(1)、中上层板(2)、中下层板(3)、最下层板(4)；铁氧体微带环行器(5)设置于中下层板(3)的通孔内；永磁体(8)设置于中上层板(2)的通孔内，并与铁氧体微带环行器的铁氧体接触；铁氧体微带环行器(5)和永磁体(8)处于最上层板(1)和最下层板(4)之间。

【技术特征摘要】
1.X波段铁氧体微带环行器阵列，其特征在于，由N×M个铁氧体微带环行器单元组成，每个铁氧体微带环行器单元包括层叠设置的最上层板(1)、中上层板(2)、中下层板(3)、最下层板(4)；铁氧体微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晓娜，陈永星，余忠，孙科，郭荣迪，兰中文，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51