專利名稱：一種小型化隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于移動電話等通訊器材上的隔離器，尤其是涉及一種小型化 隔離器。
背景技術(shù)：
隨著移動電話的小型化發(fā)展趨勢，其重量和厚度的減小均越來越快，由此引起移 動電話內(nèi)部所使用隔離器的小型化也大有加速之勢。國外5mm見方的隔離器已得到廣泛應(yīng) 用，而4mm、3. 5mm甚至3. Omm見方的隔離器也已經(jīng)開始出現(xiàn)。同時，實際加工制造過程中不 僅隔離器設(shè)計師關(guān)注隔離器的小型化，移動電話設(shè)計師也很重視。可是眾所周知隔離器的 小型化必然影響帶寬，因而隔離器的小型化與帶寬寬度不能同時兼?zhèn)?，很難將兩者同時進(jìn) 行改善。
集總參數(shù)隔離器是在三端口環(huán)形器的其中一個端口上加匹配負(fù)載而組成的，上述 三端口環(huán)行器的基本結(jié)構(gòu)是一個石榴石盤上加裝合金永磁材料釤鈷(SmCo)偏置，并且合 金永磁材料釤鈷(SmCo)偏置中覆蓋著三個彼此各成120度的Y形中心導(dǎo)體。為了獲得一 個小尺寸的隔離器，每一個構(gòu)成元素石榴石、合金永磁材料釤鈷(SmCo)和電容都得小型 化。一個帶并行LC諧振電路的理想環(huán)行器相當(dāng)于一個低通濾波器B = 2^VLC ,那么傳輸特 性的帶寬隨著電感量的越來越小將變得很窄，因而電感量L也正比于石榴石的尺寸。因此 如果減小石榴石盤的尺寸，則電感量L隨之減小，帶寬也相應(yīng)地降低。綜上，如何在減小石榴石盤與合金永磁材料釤鈷(SmCo)尺寸的同時，保證隔離器 的帶寬不隨之降低，這正是目前隔離器小型化設(shè)計面臨的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種小型化隔 離器，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、加工制作方便、非常適合批量生產(chǎn)且設(shè)計新穎合理、使用效果 好，在大幅度小型化隔離器的同時，能保證隔離器有足夠的帶寬。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種小型化隔離器，包括一個端 口上接有負(fù)載的三端口環(huán)形器，所述三端口環(huán)形器包括外部腔體、石榴石盤、由釤鈷永磁材 料合金制成且含有偏置磁場的釤鈷永磁體以及布設(shè)在所述釤鈷永磁體和所述石榴石盤之 間的Y形中心導(dǎo)體，所述石榴石盤、Y形中心導(dǎo)體和所述釤鈷永磁體由下至上封裝在所述外 部腔體內(nèi)，所述釤鈷永磁體安裝在所述石榴石盤上，其特征在于所述三端口環(huán)形器的等效 電路包括三個分別接在三端口環(huán)形器的三個端口上且均由電感L和電容C組成的LC阻抗 匹配電路，且所述三端口環(huán)形器的三個端口上分別接有一個由電感Li和電容Ci并聯(lián)組成的 LC并聯(lián)諧振電路，三個所述LC并聯(lián)諧振電路的阻抗分別為三個所述LC阻抗匹配電路阻抗 的共軛匹配阻抗，其中Li = μ K, μ為所述石榴石盤的磁導(dǎo)率，且K為所述石榴石盤的空芯 電感；所述LC阻抗匹配電路中的電感L2= (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ_1)，電容C2= (1/ω Z0)2 (Ζ0/Ζ-1), 其中ω = 2 π f(i，fQ為所述LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，Z和Ztl分別為所述LC阻抗匹配電路的輸入阻抗和輸出阻抗。所述Y形中心導(dǎo)體通過沉淀工藝蝕刻在所述石榴石盤上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)簡單、體積小且加工制作方便，能實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)線，免于人工干預(yù)，極 大地降低了成本，加快了批量生產(chǎn)的速度，交貨周期也大大縮短。2、設(shè)計新穎合理且使用效果非常好，增加LC阻抗匹配電路，將足夠的電容量放進(jìn) 封裝在外部腔體中，即使石榴石盤的尺寸減少1/10，也可以保證隔離器有足夠的帶寬(甚 至在減少石榴石體積到十分之一的情況下，通過增加LC阻抗匹配電路的匹配電路即LC并 聯(lián)諧振電路增加13%的帶寬)，從而實現(xiàn)隔離器的小型化。3、實用價值高，推廣應(yīng)用前景廣泛。
綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、加工制作方便、非常適合批量生產(chǎn)且設(shè)計新 穎合理、使用效果好，在大幅度小型化隔離器的同時，能保證隔離器有足夠的帶寬。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的等效電路圖。圖2為本發(fā)明LC阻抗匹配電路中的電感L和電容C在諧振頻率f0處的分布關(guān)系 圖。圖3為本發(fā)明未帶匹配電路時模擬得到的石榴石盤尺寸減少與帶寬的展寬效果 圖。圖4為本發(fā)明帶匹配電路時模擬得到的石榴石盤尺寸減少與帶寬的展寬效果圖。圖5為本發(fā)明通過模擬電路獲得的石榴石盤尺寸減少與帶寬改變的關(guān)系圖。圖6為本發(fā)明電容C和Ci與Ζ/%在&處的關(guān)系圖。圖7為本發(fā)明LC阻抗匹配電路的電路原理圖。附圖標(biāo)記說明1-三端口環(huán)形器。
具體實施例方式如圖1及圖7所示，本發(fā)明，包括一個端口上接有負(fù)載的三端口環(huán)形器1，所述三 端口環(huán)形器1包括外部腔體、石榴石盤、由釤鈷永磁材料合金制成且含有偏置磁場的釤鈷 永磁體(SmCo)以及布設(shè)在所述釤鈷永磁體和所述石榴石盤之間的Y形中心導(dǎo)體，所述石榴 石盤、Y形中心導(dǎo)體和所述釤鈷永磁體由下至上封裝在所述外部腔體內(nèi)，所述釤鈷永磁體安 裝在所述石榴石盤上。所述三端口環(huán)形器1的等效電路包括三個分別接在三端口環(huán)形器1 的三個端口上且均由電感L和電容C組成的LC阻抗匹配電路，且所述三端口環(huán)形器1的三 個端口上分別接有一個由電感Li和電容Ci并聯(lián)組成的LC并聯(lián)諧振電路；三個所述LC并聯(lián) 諧振電路的阻抗分別為三個所述LC阻抗匹配電路阻抗的共軛匹配阻抗，其中Li= μ K，μ 為所述石榴石盤的磁導(dǎo)率，且K為所述石榴石盤的空芯電感；所述LC阻抗匹配電路中的電 感 P= (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ_1)，電容C 2 = (1/ωΖ。)2(Ζ。/Ζ_1)，其中 ω = 2 π f。，f。為所述 LC 并 聯(lián)諧振電路的諧振頻率，Z和Ztl分別為所述LC阻抗匹配電路的輸入阻抗和輸出阻抗。具體而言三個所述LC阻抗匹配電路包括三個分別串接在三端口環(huán)形器1三個端口上的電感L 和三個一端分別與三個電感L相接且另一端均接地的電容C，三端口環(huán)形器1的三個端口分 別經(jīng)電感L后輸出且其輸出端經(jīng)電容C后接地。三個所述LC阻抗匹配電路中的電容C和 電感L的數(shù)值對應(yīng)均相同，三個所述LC并聯(lián)諧振電路中的電感Li和電容Ci的數(shù)值對應(yīng)均 相同。三個所述LC并聯(lián)諧振電路的一端分別與三端口環(huán)形器1的三個端口相接，且其另一 端均接地。因而，若三端口環(huán)形器1工作在諧振頻率&處時，由于三個所述LC并聯(lián)諧振電 路的阻抗分別與三個所述LC阻抗匹配電路的阻抗彼此相抵消(具體是阻抗的虛部相互抵 消)，因而能夠有效展寬三端口環(huán)形器1的頻帶。本實施例中，所述Y形中心導(dǎo)體通過沉淀工藝蝕刻在所述石榴石盤上。就整個等效電路來說，ζ和Ztl均為所述LC阻抗匹配電路的所接負(fù)載額等效輸出阻抗即所述LC阻抗 匹配電路的特性阻抗。首先，對所述LC阻抗匹配電路進(jìn)行分析可知，由于L2 = (Ζ/ω)2(Ζ。/Ζ-1)，電容 C2 = (1/(0 2(1)2(2(1/2-1)，則當(dāng)2/2(1 = 0.5，電感1^達(dá)到最大值1^&叉。本實施例中，Lmax = (3979 X IO6) /f0,且 f0 = 836MHz。結(jié)合圖2可見，電感L有個最大值4. 76nH,隨著取的不斷越小，電容C也越來越 大，上述趨勢對設(shè)計小型匹配電路非常有用，因為在小型空間內(nèi)很難設(shè)計小型的電感，但是 比較容易產(chǎn)生大電容，因而選用一個高電介質(zhì)材料并應(yīng)用多層結(jié)構(gòu)減少電容的厚度。所述石榴石盤的尺寸由其空心電感K(代表一個變量)表示(來自于IEEE相關(guān)文 獻(xiàn)資料)，為優(yōu)化隔離器期望設(shè)計一個歸一化的ο =2磁場。如果操作頻率&、特性阻抗 Z、石榴石盤的飽和磁場4 π Ms預(yù)先確定，則K的值(即石榴石盤的尺寸)也會自動確定。當(dāng) 三端口環(huán)形器1的特性阻抗為Ztl = 50 Ω時，所述石榴石盤的空芯電感值表示為Ktl ；當(dāng)三端 口環(huán)形器1的特性阻抗為Ζ(阻抗值為變量)時，所述石榴石盤的空芯電感值為Κ(電感值 為變量)，則K/KQ = Z/Z0的關(guān)系保持為常數(shù)。結(jié)合圖3和圖4，當(dāng)fQ = 836MHz，空芯電感K。 =1. 6nH, Z0 = 50 Ω , μ r = 1, μ t = 0· 5，Φ = 0. 8,4 JiMs = 900G 時，獲得 σ = 2· 1 和 w =5.2%，此處帶寬定義為20dB隔離損耗的頻率范圍，其中μ,和μ t均為鐵氧體的填充因 子，并且Φ是一個圓極化占有率。另一方面，圖5中的實線表明，所述三端口環(huán)行器1中所 述石榴石盤的尺寸縮至原有尺寸的十分之一，且當(dāng)K = 0. 16ηΗ，所述LC阻抗匹配電路的輸 出和輸入阻抗分別為50Ω和5Ω時，所述石榴石盤中的歸一化域σ = 2. 1。從圖5中可見，雖然所述石榴石盤的尺寸減少到十分之一，插損帶寬變得更寬并 且隔離損耗為雙集中特性，得到的特定帶寬超過13%，并且展寬效應(yīng)在高頻段特別大。具體 而言，水平軸表示阻抗變化率即Ζ/%，垂直軸表示特定帶寬，內(nèi)部場保持σ =2.1不變。隨 著阻抗變化率Ζ/%的減少，特定帶寬逐漸增加，并且在十分之一處有一個最大值。對LC阻 抗匹配電路來說，這個最大值點要求L = 2. 72ηΗ且C = 12. IpF,展寬效應(yīng)在比值小于0. 3 時非常明顯。結(jié)合圖6，所述LC并行諧振電路中電容量Ci值反比于阻抗變化率Ζ/%，隨著阻抗 變化率Ζ/Α的不斷減少，電容量Ci變得更大。特別地，在Ζ/Α = 0. 1時，所需電容Ci的值 超過IOOpF,因此為實現(xiàn)超小型隔離器，電容的最小化是很重要。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi) 。
權(quán)利要求
一種小型化隔離器，包括一個端口上接有負(fù)載的三端口環(huán)形器(1)，所述三端口環(huán)形器(1)包括外部腔體、石榴石盤、由釤鈷永磁材料合金制成且含有偏置磁場的釤鈷永磁體以及布設(shè)在所述釤鈷永磁體和所述石榴石盤之間的Y形中心導(dǎo)體，所述石榴石盤、Y形中心導(dǎo)體和所述釤鈷永磁體由下至上封裝在所述外部腔體內(nèi)，所述釤鈷永磁體安裝在所述石榴石盤上，其特征在于所述三端口環(huán)形器(1)的等效電路包括三個分別接在三端口環(huán)形器(1)的三個端口上且均由電感L和電容C組成的LC阻抗匹配電路，且所述三端口環(huán)形器(1)的三個端口上分別接有一個由電感Li和電容Ci并聯(lián)組成的LC并聯(lián)諧振電路；三個所述LC并聯(lián)諧振電路的阻抗分別為三個所述LC阻抗匹配電路阻抗的共軛匹配阻抗，其中Li＝μK，μ為所述石榴石盤的磁導(dǎo)率，且K為所述石榴石盤的空芯電感；所述LC阻抗匹配電路中的電感L2＝(Z/ω)2(Z0/Z-1)，電容C2＝(1/ωZ0)2(Z0/Z-1)，其中ω＝2πf0，f0為所述LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率，Z和Z0分別為所述LC阻抗匹配電路的輸入阻抗和輸出阻抗。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種小型化隔離器，其特征在于所述Y形中心導(dǎo)體通過沉 淀工藝蝕刻在所述石榴石盤上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型化隔離器，包括一個端口上接有負(fù)載的三端口環(huán)形器，三端口環(huán)形器包括外部腔體、石榴石盤、安裝在石榴石盤上且含有偏置磁場的合金永磁材料釤鈷以及布設(shè)在合金永磁材料釤鈷和所述石榴石盤之間的Y形中心導(dǎo)體；三端口環(huán)形器的等效電路為三個分別接在三端口環(huán)形器的三個端口上且均由電感L和電容C組成的LC阻抗匹配電路，三端口環(huán)形器的三個端口上分別接有一個由電感Li和電容Ci并聯(lián)組成的LC并聯(lián)諧振電路且三個LC并聯(lián)諧振電路的阻抗分別與三個LC阻抗匹配電路的阻抗相抵消。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、加工制作方便、非常適合批量生產(chǎn)且設(shè)計新穎合理、使用效果好，大幅度小型化隔離器的同時，能保證隔離器有足夠帶寬。
文檔編號H01P1/365GK101834329SQ201010171110
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者崔慶生, 鄭國敏 申請人:西安俊采電子科技有限公司