CN111613863B - 带状线谐振器结构及由谐振器结构组成的磁调谐陷波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带状线谐振器结构及由该谐振器结构组成的磁调谐陷波器，属于电子元器件技术领域；所述带状线谐振器结构由带状线中心导体、带状线外导体，钆镓石榴石晶体和YIG单晶薄膜组成，其中，所述带状线中心导体、YIG单晶薄膜和钆镓石榴石晶体在所述带状线外导体内依次排列；本发明实现了磁调谐陷波器的谐振器平面化，简化了带状线谐振电路结构设计；采用带状线传输模式，扩展了磁调谐陷波器的通带工作频率；在同一平面可排布多个带状线谐振电路，易于多通道陷波器的集成；谐振电路采用多个单晶薄膜块构成谐振器级联，有效抑制单晶薄膜的多个激励模式，增加陷波器阻带深度，提高陷波器性能。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种带状线谐振器结构及由谐振器结构组成的磁调谐陷波器。
背景技术
YIG（钇铁石榴石）带阻滤波器作为宽带磁调谐器件，主要应用于电子战系统中，无论是电子侦察、电子攻击和电子防御，YIG带阻滤波器都是必不可少的重要部件。YIG带阻滤波器具有宽带调谐特性，在电子支援（ESM）和电子对抗（ECM）系统中滤除或抑制不需要的干扰信号，保证系统的正常工作，大量应用于电子情报系统，微波接收前端。应用平台有机载宽带接收机、电子干扰器、通信系统；地面、舰载雷达；导弹电子系统。
当前YIG陷波器多采用环球耦合谐振结构，见图1，一般包含多个YIG小球3，多级谐振耦合环2和谐振腔。其结构复杂、装配工序繁多、生产周期长、调试难度大。由于环球耦合谐振结构YIG陷波器的谐振器体积大，且受到YIG小球进球方向和调试工艺的影响，难以实现多通道、阵列化集成。且由于受耦合环电感和分布电容的限制，现有的环球耦合谐振结构的YIG陷波器直通频率一般低于20GHz。
如前所述，当前磁调谐陷波器大都采用YIG单晶小球作为谐振器，采用环球耦合结构，在磁场中通过铁磁共振原理实现陷波功能。通常YIG磁调谐陷波器包括电磁铁结构和谐振器结构，电磁铁结构由高磁导率的软磁合金材料和励磁线圈6组成，软磁合金材料在磁路线圈产生的磁场作用下磁化，在上下磁路5气隙处产生连续可调的强磁场，而谐振器就置于上下磁路的气隙处。YIG单晶小球3、耦合环2、谐振腔1共同组成磁调谐陷波器的谐振器。在磁场作用下，YIG单晶小球的便会产生铁磁共振，当有微波信号通过耦合环2耦合进来，且与YIG单晶小球3铁磁共振频率一致时便会产生谐振，形成陷波频点；通过改变磁场大小可改变陷波频率；
环球耦合谐振结构通常由YIG单晶小球3、耦合环2、谐振腔1三部分组成；YIG单晶小球3粘接于支撑杆4上，通过支撑杆4将YIG单晶小球3置于耦合环2的中心，旋转支撑杆4可调整YIG单晶小球3的方向，YIG单晶小球3和耦合环2置于谐振腔1中心，外加磁场方向需垂直于耦合环2，如图2所示。
现有环球耦合谐振结构的磁调谐陷波器采用YIG单晶小球3和耦合环2共同构成谐振器，该结构为立体耦合，装配复杂，调试难度大，通带直通频率低于20GHz；由于磁场方向和小球支撑杆4的位置垂直，且调试时需要旋转小球支撑杆4调整YIG单晶小球3位置，因此采用环球耦合谐振结构的YIG陷波器在同一磁路结构内很难实现多通道集成。
发明内容
本发明的目的之一，就在于提供一种带状线谐振器结构，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种带状线谐振器结构，由带状线中心导体、带状线外导体，钆镓石榴石晶体和YIG单晶薄膜组成，其中，所述YIG单晶薄膜和钆镓石榴石晶体在所述带状线内，内外导体之间，沿带状线中心导体依次排列。
作为优选的技术方案：所述YIG单晶薄膜成块状，YIG单晶薄膜的饱和磁化强度为1000～1750Gs，谐振线宽为0.3～O.6 Oe，薄膜厚度10～20μm。
作为进一步优选的技术方案：所述YIG单晶薄膜的饱和磁化强度为1750Gs，谐振线宽为0.5O e。
本发明的陷波器谐振电路采用带状线传输模式，利用YIG单晶薄膜作为谐振器；带状线一端为射频输入，一端为射频输出，带状线长度根据所需陷波器的性能进行设计。
本发明的目的之二，在于提供一种由上述的带状线谐振器结构组成的磁调谐陷波器，包括上磁路和下磁路，所述上磁路和下磁路之间设置空气隙，所述空气隙处设置所述带状线谐振器结构，所述下磁路内设置励磁线圈。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用带状线与单晶薄膜共同构成新型磁调谐陷波器的谐振电路结构，实现了磁调谐陷波器的谐振器平面化，简化了磁调谐陷波器谐振电路结构设计；采用带状线传输模式，直通频率高达40GH，扩展了磁调谐陷波器的通带工作频率；在同一平面可排布多个带状线谐振电路，同一磁路结构内实现多通道磁调谐陷波器的集成设计，易于多通道陷波器的集成；谐振电路采用多个单晶薄膜块构成谐振器级联，有效抑制单晶薄膜的多个激励模式，增加陷波器阻带深度，提高陷波器性能。
附图说明
图1为现有技术中YIG陷波器的环球耦合谐振电路结构图；
图2为现有环球耦合谐振结构YIG陷波器结构图；
图3为本发明带状线传输的YIG单晶薄膜谐振器截面结构图；
图4为本发明罐形磁路结构图；
图5为本发明YIG单晶薄膜块示意图；
图6为本发明单晶薄膜陷波器带状线谐振电路结构图；
图7为本发明单晶薄膜陷波器带状线谐振电路截面图；
图8为本发明磁调谐陷波器的结构图。
图中：1、谐振腔；2、耦合环；3、YIG单晶小球；4、支撑杆；5、磁路；6、励磁线圈；7、同轴电缆；8、带状线中心导体；9、YIG单晶薄膜；10、钆镓石榴石晶体；11、带状线外导体；12、下磁路；13、上磁路；14、SMA连接器；15、带状线谐振电路；16、固定螺钉；17、磁路空气隙。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种带状线谐振器结构，由带状线中心导体8、带状线外导体11、钆镓石榴石晶体10和YIG单晶薄膜9组成，其中，所述带状线中心导体8、YIG单晶薄膜9和钆镓石榴石晶体10在所述带状线外导体11内依次排列；即YIG单晶薄膜9置于带状线中心导体8上，其端面结构如图3所示；
YIG单晶薄膜9与带状线共同构成谐振器结构，整个谐振器结构置于均匀磁场中，采用可调电磁铁提供均匀磁场，电磁铁可采用罐形磁路结构设计，如图4所示；
在罐形磁路上下磁极的空气隙处产生连续可调的均匀磁场，图3所示的谐振器结构置于上下磁极（即上磁路13与下磁路12）的空气隙处；当带状线中有微波信号通过而磁路励磁线圈6无电流通过时，谐振器电路处于直通状态，其直通频率高于40GHz；当励磁线圈6中有电流通过时，在上下磁极的空气隙处产生均匀磁场，磁场方向垂直于YIG单晶薄膜9表面；YIG单晶薄膜9产生铁磁谐振，当谐振频率与带状线中通过的电磁波频率相同时产生共振，从而吸收电磁波能量形成陷波阻带，共振频率与外加磁场强度、单晶薄膜饱和磁化强度等因素相关。其中外加磁场强度与谐振频率线性相关，通过改变外加磁场强度可改变谐振频率，从而实现宽带连续可调的磁调谐陷波器。
具体实现方式如下步骤：
（1）、采用液相外延法制作YIG单晶薄膜9，以钆镓石榴石晶体10为基片，通过液相外延法在基片表面生长一层YIG单晶薄膜9，本实施例中，YIG单晶薄膜饱和磁化强度为1750Gs，谐振线宽为0.5Oe，薄膜厚度10～20微米；通过切割，将YIG单晶薄膜切割成长方形小块（2mm×1mm），如图5所示；
（2）、设计带状线谐振器：选用高介电常数的介质基板制备带状线，本实施例中，介质基板介电常数为9.8，厚度为0.6mm，带状线特性阻抗按50欧姆计算，根据介质基板参数计算出带状线中心导体线宽；制作的带状线，沿中心导体每间隔一段距离挖除一块介质基板，露出带状线中心导体8，挖除介质基板的空腔尺寸要能放下步骤1所制得的单晶薄膜块，空腔数量根据设计陷波器的工作频率、阻带深度等技术指标确定，阻带深度要求越深，空腔数越多，装入的单晶薄膜块也越多，也就是谐振级数越多；
本实施例的工作频率10～12GHz，阻带深度大于30dB；设计谐振级数为5级，如图6所示；沿中心导体的截面图如图7所示，可以看出，沿着带状线中心导体8方向，多个单晶薄膜谐振器形成级联结构；
（3）、设计谐振电路工作所需的磁场：采用高磁导率的铁镍合金材料和漆包线线圈制作磁路和励磁线圈，采用罐形磁路结构设计，分为上磁路13和下磁路12两部分，上下磁路的磁路空气隙17处的均匀磁场面积应大于谐振电路，谐振电路置于磁路空气隙17处，磁场方向垂直于带状线谐振器表面；
本实施例设计的磁路外形尺寸为45mm×45mm×25mm，磁路材料采用铁镍合金，牌号为1J50；磁路气隙为1.3mm，采用直径0.31mm的漆包线制作磁路励磁线圈，线圈匝数为900～1100匝；
（4）、将带状线谐振电路15、调谐磁路、SMA连接器14进行装配，具体装配结构为上下磁路两端采用固定螺钉16与SMA连接器14连接，组合成为磁调谐陷波器，磁调谐陷波器的结构如图8所示。
实施例2：一种带状线谐振器结构，由带状线中心导体8、带状线外导体11、钆镓石榴石晶体10和YIG单晶薄膜9组成，其中，所述带状线中心导体8、YIG单晶薄膜9和钆镓石榴石晶体10在所述带状线外导体11内依次排列；即YIG单晶薄膜9置于带状线中心导体8上，其端面结构如图3所示；
YIG单晶薄膜9与带状线共同构成谐振器结构，整个谐振器结构置于均匀磁场中，采用可调电磁铁提供均匀磁场，电磁铁可采用罐形磁路结构设计，如图4所示；
在罐形磁路上下磁极的空气隙处产生连续可调的均匀磁场，图3所示的谐振器结构置于上下磁极（即上磁路13与下磁路12）的空气隙处；当带状线中有微波信号通过而磁路励磁线圈6无电流通过时，谐振器电路处于直通状态，其直通频率高于40GHz；当励磁线圈6中有电流通过时，在上下磁极的空气隙处产生均匀磁场，磁场方向垂直于YIG单晶薄膜9表面；YIG单晶薄膜9产生铁磁谐振，当谐振频率与带状线中通过的电磁波频率相同时产生共振，从而吸收电磁波能量形成陷波阻带，共振频率与外加磁场强度、单晶薄膜饱和磁化强度等因素相关。其中外加磁场强度与谐振频率线性相关，通过改变外加磁场强度可改变谐振频率，从而实现宽带连续可调的磁调谐陷波器。
具体实现方式如下步骤：
（1）、采用液相外延法制作YIG单晶薄膜9，以钆镓石榴石晶体10为基片，通过液相外延法在基片表面生长一层YIG单晶薄膜9，本实施例中，YIG单晶薄膜饱和磁化强度为1000Gs，谐振线宽为0.4Oe，薄膜厚度10～20微米；通过切割，将YIG单晶薄膜切割成长方形小块（3mm×1mm），如图5所示；
（2）、设计带状线谐振器：选用高介电常数的介质基板制备带状线，本实施例中，介质基板介电常数为9.8，厚度为0.6mm，带状线特性阻抗按50欧姆计算，根据介质基板参数计算出带状线中心导体线宽；制作的带状线，沿中心导体每间隔一段距离挖除一块介质基板，露出带状线中心导体8，挖除介质基板的空腔尺寸要能放下步骤1所制得的单晶薄膜块，空腔数量根据设计陷波器的工作频率、阻带深度等技术指标确定，阻带深度要求越深，空腔数越多，装入的单晶薄膜块也越多，也就是谐振级数越多；
本实施例的工作频率6～8GHz，阻带深度大于30dB；设计谐振级数为5级，如图6所示；沿中心导体的截面图如图7所示，可以看出，沿着带状线中心导体8方向，多个单晶薄膜谐振器形成级联结构；
（3）、设计谐振电路工作所需的磁场：采用高磁导率的铁镍合金材料和漆包线线圈制作磁路和励磁线圈，采用罐形磁路结构设计，分为上磁路13和下磁路12两部分，上下磁路的磁路空气隙17处的均匀磁场面积应大于谐振电路，谐振电路置于磁路空气隙17处，磁场方向垂直于带状线谐振器表面；
本实施例设计的磁路外形尺寸为45mm×45mm×25mm，磁路材料采用铁镍合金，牌号为1J50；磁路气隙为1.3mm，采用直径0.31mm的漆包线制作磁路励磁线圈，线圈匝数为900～1100匝；
（4）、将带状线谐振电路15、调谐磁路、SMA连接器14进行装配，具体装配结构为上下磁路两端采用固定螺钉16与SMA连接器14连接，组合成为磁调谐陷波器，磁调谐陷波器的结构如图8所示。
实施例3：
一种带状线谐振器结构，由带状线中心导体8、带状线外导体11、钆镓石榴石晶体10和YIG单晶薄膜9组成，其中，所述带状线中心导体8、YIG单晶薄膜9和钆镓石榴石晶体10在所述带状线外导体11内依次排列；即YIG单晶薄膜9置于带状线中心导体8上，其端面结构如图3所示；
YIG单晶薄膜9与带状线共同构成谐振器结构，整个谐振器结构置于均匀磁场中，采用可调电磁铁提供均匀磁场，电磁铁可采用罐形磁路结构设计，如图4所示；
在罐形磁路上下磁极的空气隙处产生连续可调的均匀磁场，图3所示的谐振器结构置于上下磁极（即上磁路13与下磁路12）的空气隙处；当带状线中有微波信号通过而磁路励磁线圈6无电流通过时，谐振器电路处于直通状态，其直通频率高于40GHz；当励磁线圈6中有电流通过时，在上下磁极的空气隙处产生均匀磁场，磁场方向垂直于YIG单晶薄膜9表面；YIG单晶薄膜9产生铁磁谐振，当谐振频率与带状线中通过的电磁波频率相同时产生共振，从而吸收电磁波能量形成陷波阻带，共振频率与外加磁场强度、单晶薄膜饱和磁化强度等因素相关。其中外加磁场强度与谐振频率线性相关，通过改变外加磁场强度可改变谐振频率，从而实现宽带连续可调的磁调谐陷波器。
具体实现方式如下步骤：
（1）、采用液相外延法制作YIG单晶薄膜9，以钆镓石榴石晶体10为基片，通过液相外延法在基片表面生长一层YIG单晶薄膜9，本实施例中，YIG单晶薄膜饱和磁化强度为1500Gs，谐振线宽为0.4Oe，薄膜厚度10～20微米；通过切割，将YIG单晶薄膜切割成长方形小块（2mm×1mm），如图5所示；
（2）、设计带状线谐振器：选用高介电常数的介质基板制备带状线，本实施例中，介质基板介电常数为9.8，厚度为0.6mm，带状线特性阻抗按50欧姆计算，根据介质基板参数计算出带状线中心导体线宽；制作的带状线，沿中心导体每间隔一段距离挖除一块介质基板，露出带状线中心导体8，挖除介质基板的空腔尺寸要能放下步骤1所制得的单晶薄膜块，空腔数量根据设计陷波器的工作频率、阻带深度等技术指标确定，阻带深度要求越深，空腔数越多，装入的单晶薄膜块也越多，也就是谐振级数越多；
本实施例的工作频率8～10GHz，阻带深度大于30dB；设计谐振级数为5级，如图6所示；沿中心导体的截面图如图7所示，可以看出，沿着带状线中心导体8方向，多个单晶薄膜谐振器形成级联结构；
（3）、设计谐振电路工作所需的磁场：采用高磁导率的铁镍合金材料和漆包线线圈制作磁路和励磁线圈，采用罐形磁路结构设计，分为上磁路13和下磁路12两部分，上下磁路的磁路空气隙17处的均匀磁场面积应大于谐振电路，谐振电路置于磁路空气隙17处，磁场方向垂直于带状线谐振器表面；
本实施例设计的磁路外形尺寸为45mm×45mm×25mm，磁路材料采用铁镍合金，牌号为1J50；磁路气隙为1.3mm，采用直径0.31mm的漆包线制作磁路励磁线圈，线圈匝数为900～1100匝；
（4）、将带状线谐振电路15、调谐磁路、SMA连接器14进行装配，具体装配结构为上下磁路两端采用固定螺钉16与SMA连接器14连接，组合成为磁调谐陷波器，磁调谐陷波器的结构如图8所示。
从以上实施例可以看出，本发明的单晶薄膜材料的饱和磁化强度在1000～1750Gs时，均能在工作频带内实现深度和宽度指标，且结构基本相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种磁调谐陷波器，其特征在于：包括上磁路和下磁路，所述上磁路和下磁路之间设置空气隙，所述空气隙处设置带状线谐振器结构，所述下磁路内设置励磁线圈；
所述带状线谐振器结构，由带状线中心导体、带状线外导体、钆镓石榴石晶体和YIG 单晶薄膜组成，其中，所述带状线中心导体、YIG单晶薄膜和钆镓石榴石晶体在所述带状线外导体内依次排列；
所述YIG 单晶薄膜成块状，YIG 单晶薄膜的饱和磁化强度为1000～1750Gs，谐振线宽为0.3～O.6 Oe，薄膜厚度10～20μm；
同一平面排布多个带状线谐振器结构，所述谐振器结构采用多个单晶薄膜块构成谐振器级联。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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