[发明专利]X波段铁氧体微带环行器阵列

说明书

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。

技术领域

本发明属于射频微波电路技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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：Poly Tetra Fluoro Ethylene)，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。