CN104600412B

CN104600412B - 微波介质谐振器

Info

Publication number: CN104600412B
Application number: CN201410420800.9A
Authority: CN
Inventors: 朱田中
Original assignee: ZHANGJIAGANG BONDED AREA CANQIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Canqin Science and Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: CN104600412A

Abstract

本发明公开一种微波介质谐振器，包括腔体和介质谐振器，所述介质谐振器为具有通孔的圆柱体；所述介质谐振器由下列质量百分含量的组分组成：碳酸钙，氧化铝，氧化钕，二氧化钛；所述介质谐振器一端镀覆有银层，此介质谐振器另一端焊接于腔体内；所述腔体由下列质量百分含量的组分组成：氧化铝95~96%，碳酸钙2~3%，氧化镧0.8~1.5%，氧化钐0.2~0.5%；所述腔体相对介电常数为9.5；所述腔体内壁表面粗糙度约为0.8；所述腔体内壁覆有金属层通过溅射或化学电镀的工艺实现。本发明微波介质谐振器具有高Q值，在指定频率下，调谐范围可达7％～10％.TE模谐振器一般调谐范围为3％～4％。

Description

微波介质谐振器

技术领域

本发明涉及一种微波介质谐振器，属于互易性微波器件领域。

背景技术

在移动通信基站系统中，目前普遍使用微波介质谐振器来对天线发射和接收的信号进行频率选择。传统的腔体滤波器或者介质腔体滤波器，都是使用AL6061等铝材来作为腔体的材料，这使得介质腔体滤波器实现时，存在着由于铝材作为金属件和介质材料做成的谐振器焊接时存在着比较严重的可靠性问题。因此，如何设计一种高Q值介质滤波器具有高Q值、小体积、温度系数可调，产品结构可靠性高，且腔体和介质谐振器热膨胀系数一致性好的微波介质谐振器；成为本领域普通技术人员努力的方向。

发明内容

本发明目的是提供一种微波介质谐振器，该介质腔体滤波器具有高Q值，腔体和介质谐振器热膨胀系数一致性好，且在指定频率下，调谐范围可达7％～10％.TE模谐振器一般调谐范围为3％～4％。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微波介质谐振器，包括腔体和介质谐振器，所述介质谐振器为具有通孔的圆柱体；所述介质谐振器由下列质量百分含量的组分组成：

纯度97.5%的碳酸钙 30.5%，

纯度97.5%的氧化铝 10%，

纯度99.5%的氧化钕 23%，

纯度99.6%的二氧化钛 36.5%；

所述介质谐振器一端镀覆有银层，此介质谐振器另一端焊接于腔体内；

所述腔体由下列质量百分含量的组分组成：

氧化铝 95~96%，

碳酸钙 2~3%，

氧化镧 0.8~1.5%，

氧化钐 0.2~0.5%；

所述腔体相对介电常数为9.5；所述腔体内壁表面粗糙度约为0.8。

上述技术方案中的进一步改进的方案如下：

上述方案中，所述腔体内壁覆有金属层通过溅射或化学电镀的工艺实现。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明微波介质谐振器，高Q值，小体积，附图5-6给出了TM的电场和磁场分布，同时给出了在Ansoft三维有限元仿真软件中的３Ｄ电磁分布图给与了验证，如附图可以看出，TM为主模的介质谐振器，磁场是以介质谐振器的中心轴为圆心的同心圆，其电场是平行于介质谐振器的平行线，与金属材料的谐振器相比，TM模的磁场在介质中更集中，而电场在介质顶部和底部较强，在介质的中心也相当强。换言之，由于TM模的场在介质内更集中，因而Q值比金属谐振器高得多，以TM为主模的滤波器损耗低，频率特性更陡峭，特别是应用于TM模的振荡器，具有很宽的调谐范围、温度特性好、体积小、可靠性高。

2、本发明微波介质谐振器，有更宽的调谐范围， TM模介质谐振器的磁场是以介质谐振器的中心轴为圆心的同心圆，其电场是平行于介质谐振器的平行线。在应用于TM模宽带可调振荡器时，将器件（场效应管或耿式管）置于中心孔内，激励TM模的场，实际的振荡结构中，把场效应管固定在振荡器的金属盒上，这样既使漏极接地，又可上下移动，调节管子与介质谐振器的耦合度，很方便。为了实现振荡器调谐，可将调谐装置上下移动，既可完成频率调谐，谐振器的输出耦合可采用环耦合或探针耦合。实验数据证明，此谐振器在指定频率下，调谐范围可达7％～10％.TE模谐振器一般调谐范围为3％～4％。

3、本发明微波介质谐振器，其温度系数可调，目前基站射频部分的滤波器及双工器用腔体和谐振器大都采用镀银金属同轴腔，由于这种同轴腔的Q值有限（Qu约在3500），而且谐振频率温度稳定性很差，而本发明采用的相对介电常数为45的陶瓷材料制成的TM模介质谐振器和相对介电常数为9.5的氧化铝陶瓷材料制作成的腔体。在材料配方中通过加入少量稀土元素，使温度系数在一定范围内可调节成一致。使得整个介质腔体滤波器有着非常好的可调温度系数。

4、本发明微波介质谐振器，高焊接可靠性，目前的TM介质腔体滤波器都是用铝合金制作成的腔体，这类腔体金属材料，在和TM模介质谐振器焊接时，由于材料间温度性能的差别，导致高温焊接冷却后，材料收缩比例不一致，而使得原本的焊接在温度变化后被破坏，从而使得产品性能被破坏，而使用氧化铝腔体，由于氧化铝本身也是介质陶瓷，温度系数可调成跟TM模谐振器一致，这样焊接后有更好的可靠性，可避免破损断裂的情况发生。

5、本发明微波介质谐振器，由于传统机加工腔体的本身局限，Q值只能达到6500~7000，但是该腔体成型模具采用全部镜面抛光处理以及氧化铝粉料的均匀细小颗粒和采用大型粉末液压机器等因素，所以其表面粗糙度能达到0.8左右，故就腔体原因能使产品的Q值提升到7000以上。

6、本发明微波介质谐振器，该腔体采用的材料为氧化铝陶瓷粉末，市场价格低，只用铝材价格的一半左右。该腔体采用模具压制成型，适合批量生产。因采用模具抛光处理，使该腔体的表面粗糙度大大优于传统腔体，电镀成本大为降低。该腔体与介质谐振器的焊接良品率大大提升。从而使整个产品的成本有大幅度的下降，更有市场优势。

附图说明

附图1为本发明微波介质谐振器结构示意图；

附图2为本发明微波介质谐振器中腔体烧结温度-时间示意图；

附图3为本发明介质谐振器结构示意图；

附图4为本发明腔体和介质谐振器结构示意图；

附图5为本发明Ansoft三维有限元仿真软件中的3D电场分布图；

附图6为本发明Ansoft三维有限元仿真软件中的3D磁场分布图。

以上附图中：1、腔体；2、介质谐振器；3、通孔；4、圆柱体；5、银层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1~3：一种微波介质谐振器，包括腔体1和介质谐振器2，所述介质谐振器为具有通孔3的圆柱体4；所述介质谐振器2由下列质量百分含量的组分组成如表1所示：

表1

所述介质谐振器2一端镀覆有银层5，此介质谐振器2另一端焊接于腔体1内；

所述腔体1由下列质量百分含量的组分如表2所示：

表2

	氧化铝	碳酸钙	氧化镧	氧化钐
					实施例1	95%	3%	1.5%	0.5%
实施例2	95.5%	3%	1.1 %	0.4%
					实施例3	96%	2.5%	1 %	0.5%

所述腔体1相对介电常数为9.5。

上述介质谐振器2由下列质量百分含量的组分组成：

纯度97.5%的碳酸钙 30.5%，

纯度97.5%的氧化铝 10%，

纯度99.5%的氧化钕 23%，

纯度99.6%的二氧化钛 36.5%。

上述腔体1内壁表面粗糙度约为0.8。

对比例的性能如表3所示：

表3

	类型	插入损耗	温漂	Q值	可靠性
						对比例1	金属腔+金属谐振器	≤0.8	≤10ppm	5000	性能受环境影响较大
对比例2	金属腔+介质谐振器	≤0.6	≤5ppm	6000	性能受环境影响较小
						本发明	氧化铝腔+介质谐振器	≤0.48	≤3ppm	7000	性能受环境影响很小

制备方法如下：

1、本项目通过对介质谐振器的模场选择、TM模的模频率特性以及谐振器本身结构特性对TM模的特性影响的研究，并运用理论计算与Ansoft三维有限元仿真相结合的设计方法对关键技术建立3D电磁模型。预测了谐振器的电场分布形式和磁场分布形式，确定了影响介质谐振器模场选择，频率特性的一系列关键因素，成功地获得中心频率2350MHZ，Q：7000min，的TM模介质谐振器。测试单腔φ37×33如图6。比相同频率的TE模介质谐振器体积小了将近一半，调谐范围大了一倍，模式分隔更好，在倍频程的阻带内没有寄生模。

2、在氧化铝配方中通过添加少量氧化钐和二氧化钛等氧化物，改善了烧结样品的微观结构，成功的防止了Ti 的变价还原。使氧化铝腔体烧结后的热膨胀系数达到5~6PPm/℃，频率温度系数为-2～-4 PPm/℃

3、谐振器的介质材料在配方中特定组合和含量的稀土元素钐sm，铱Y，镧La的复合添加，使模谐振Q值达到7000，频率温度系数+2~+4 PPm/℃,热膨胀系数也达到5~6 PPm/℃。

4、其次，在干压成型工艺中，采用了一套目前模具行业中高尖端技术的双向自加压抽孔模具，大压力，复杂外形的情况下，一次成型，并在保压5000KN的压力下抽孔。减少了结构的内应力，解决了烧结变形和收缩率不一致的行业难题，为成型烧成后的氧化铝腔体。

6、表面金属化，该腔体可以采用溅射或采用化学电镀的工艺方法实施介质氧化铝腔体的表面金属化。

7、表面金属化工艺后的介质氧化铝腔体与介质陶瓷谐振器的焊接，传统铝腔的温度系数为-20~-24 PPm/℃，介质氧化铝腔体的温度系数为-2~-4 PPm/℃，TM模介质谐振器的温度系数为2~4 PPm/℃，使用该腔体和TM模谐振器结合能更好的控制产品的温度漂移。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微波介质谐振器，其特征在于：包括腔体（1）和介质谐振器（2），所述介质谐振器为具有通孔（3）的圆柱体（4）；所述介质谐振器（2）由下列质量百分含量的组分组成：

纯度97.5%的碳酸钙 30.5%，

纯度97.5%的氧化铝 10%，

纯度99.5%的氧化钕 23%，

纯度99.6%的二氧化钛 36.5%；

所述介质谐振器（2）一端镀覆有银层（5），此介质谐振器（2）另一端焊接于腔体（1）内；

所述腔体（1）由下列质量百分含量的组分组成：

氧化铝 95~96%，

碳酸钙 2~3%，

氧化镧 0.8~1.5%，

氧化钐 0.2~0.5%；

所述腔体（1）相对介电常数为9.5。

2.根据权利要求1所述的微波介质谐振器，其特征在于：所述腔体（1）内壁覆有金属层通过溅射或化学电镀的工艺实现。