[發明專利]一種YIG諧振子、YIG振蕩器及其制作方法

有效

• 申請號: 201010165506.X
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101841312A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 陳勁松;藍江河;張菊艷;楊星星
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第九研究所
• 主分類號: H03H9/00
• 分類號: H03H9/00
• 代理公司: 信息產業部電子專利中心 11010
• 代理人: 梁軍;田衛平

技術領域

本發明涉及集成電路領域，尤其涉及一種釔鐵石榴石YIG諧振子、YIG振蕩器及其制作方法。

背景技術

YIG諧振子由于在微波波段有很高的Q值，其調諧頻率與大小尺寸無關，在偏置磁場作用下，其諧振頻率呈線性變化。因而YIG諧振子常用來制作YIG振蕩器、YIG濾波器。YIG諧振子由YIG單晶體和耦合環構成，而YIG單晶體一般是采用YIG小球或YIG薄膜。如圖1所示，為傳統的兩種通用YIG諧振子的結構模型圖，依次為通用YIG小球諧振子和YIG薄膜諧振子。兩種結構模型諧振子的等效電路圖如圖2所示，即YIG諧振子等效為一個電感電容電阻并聯結構。

YIG諧振子的裝配和調試作為純手工操作的工序，受各種條件影響帶來相當多的不確定因數。對于YIG小球諧振子，需要支撐桿使YIG小球懸空在磁場正中間，這大大降低了器件的可靠性，同時由于震顫效應而降低頻率穩定度、產生相位噪聲，此外還需使用加熱器及其他輔助元件來使YIG小球諧振子達到溫度穩定以減少環境溫差的影響。對于YIG薄膜諧振子，由于YIG薄膜是粘結在陶瓷基板上，因而可靠性也不理想，同時由于耦合環仍靠手工繞制制作，造成產品的不一致性也不能進行批量生產。

傳統的YIG振蕩器由分立的YIG諧振子與振蕩匹配電路兩部分組成。如圖3所示，為YIG振蕩器的拓撲形式，根據振蕩器工作原理要求，有源部分應在盡可能寬的頻帶范圍內提供負阻，并且其負阻幅值應考慮YIG諧振耦合結構的損耗，以抵消其在不同頻段所帶來的損耗，通常情況下這種損耗是隨頻率的增加而增加的。在寬帶范圍內滿足足夠的負阻余量是器件寬帶工作的先決條件，并且其阻抗虛部應避免呈現為容性電抗而導致與YIG的感性負載發生寄生振蕩，這種不隨磁場變化的固定振蕩頻率將限制器件的寬帶工作范圍。利用反饋元件可以在一定范圍內調整有源部分的負阻幅值大小和頻率范圍。要達到兩個倍頻程以上的寬帶負阻，就需要一種可以在一定范圍內隨磁場動態變化的反饋元件，如YIG諧振子反饋回路。利用YIG諧振子磁場—阻抗變化的特性來提供動態反饋，使其在工作頻帶內成為隨磁場(頻率)變化的反饋元件，以滿足持續變化的負阻需要，這是任何固定反饋元件所無法提供的。

YIG振蕩器傳統工藝流程如圖4所示，其工藝流程要陶瓷基片濺射光刻，YIG小球需要使用支撐桿固定在使用手工繞制的金絲耦合環中，雙極性NPN管芯、MMIC放大器、電源芯片粘結在陶瓷基片上，寬帶振蕩匹配電路、去耦電容、偏置扼流電感以及傳輸線靠金絲鍵合連接，在批量生產中耦合環和小球的位置一致性較差，金絲鍵合長度不一致，導致器件一致性難以保證；并且，采用當前工藝制得的YIG振蕩器的集成度相對較低。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種YIG諧振子、YIG振蕩器及其制作方法。

具體的，本發明提供的一種YIG諧振子，包括耦合環和布置于所述耦合環中的YIG單晶，其特征在于，

所述耦合環為通過低溫共燒鐵氧體工藝按預設的耦合類型布置于多層陶瓷基板中的耦合環；所述YIG單晶鑲嵌于所述耦合環中，并通過低溫共燒陶瓷工藝與所述耦合環燒結為一體。

其中，所述耦合環布置于所述多層陶瓷中為垂直立體結構。

所述耦合類型包括：1/2耦合環、3/4耦合環、整環和雙耦合環。

所述YIG單晶為YIG單晶小球或者為YIG單晶薄膜。

本發明還提供一種制作上述YIG諧振子的方法，包括：在生瓷帶上依次進行打孔、填孔、烘干、印刷布線、疊片、層壓、切割、排膠和燒結的操作，其特征在于，所述方法中：

在所述生瓷帶上打孔時，還根據預先設計的耦合環類型，以打孔的方式在所述生瓷帶上制作耦合環架構，并通過導電材料填孔步驟得到YIG諧振子的耦合環；

在所述生瓷帶上打孔時，還根據所述耦合環的架構，在所述生瓷帶上制作YIG單晶空腔；

在所述切割操作后、排膠前，還進行將YIG單晶鑲嵌于所述YIG單晶空腔內的操作。

本發明還提供一種應用上述YIG諧振子的YIG振蕩器，所述YIG振蕩器由直流源、諧振回路、自屏蔽磁路和其他微波電路組成，其中，所述諧振回路由至少一個YIG諧振子和電磁鐵調諧回路組成，其特征在于，

所述YIG振蕩器包括多層陶瓷基板，所述多層陶瓷基板中頂層和中間層用于根據預先設計的電路布局布置所述微波電路；底層陶瓷基板為接地層；

所述頂層和中間層陶瓷基板上設有YIG諧振子空腔，所述空腔內鑲嵌有YIG諧振子；且所述頂層和中間層陶瓷基板間通過金屬過孔互通連接。