CN109755698A - 一种安装于pcb板上的陶瓷介质滤波器的结构 - Google Patents

一种安装于pcb板上的陶瓷介质滤波器的结构 Download PDF

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韩巍
周亮
田富耕
赵嘉炜
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Abstract

本发明涉及一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，包括陶瓷滤波器和PCB板，在陶瓷滤波器和PCB板之间增加中间结构层，中间结构层上开设有圆孔，并在圆孔内插接一芯针，让陶瓷滤波器与PCB板相连通，并控制陶瓷滤波器的输入输出阻抗。本发明能实现对陶瓷滤波器的输入输出阻抗的匹配，且还能提高散热性。

Description

一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构
技术领域
本发明属于滤波器的领域，尤其涉及一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构。
背景技术
随着现代通信技术的不断发展,对滤波器的要求越来越高，小尺寸、高性能、高功率、低成本的滤波器技术对于无线通信应用中的滤波器显得尤为重要，5G的阵列式天线的应用条件下，现存的金属腔体滤波器的尺寸已经完全无法满足无线通信系统的要求；如常规的单通道20瓦滤波器，目前的尺寸在200X100X30毫米以上，但5G滤波器的尺寸要求在50X30X30毫米的尺寸以下，否则阵列天线方案无法实现。
根据谐振腔原理，腔体内的谐振频率，取决于腔体的尺寸以及墙体填充材料的介电常数；同样的填充材料，尺寸越大则谐振频率越低；同样尺寸条件下，谐振频率和介电常数的平方根成反比，即同样的腔体尺寸下，填充物介电常数越大则腔体的谐振频率越低，空腔谐振腔，以空气为介质，介电常数为1，而陶瓷材料可用的介电常数范围在4-120之间，以36介电常数为例，同样频率条件下的腔体尺寸可缩减到金属空腔的六分之一，可见应用介电材料对于缩减腔体尺寸的显著能力。
介质陶瓷材料具有高频率条件下优异的低损耗特性，其特性可通过品质因子QF值来表征，高QF值也意味着微波信号在以陶瓷块为载体的介质谐振器中传播时，具有超低的能量损失，可提升滤波器的单腔Q值，进而提升滤波器的性能。
将超低损耗的介质陶瓷材料以及单腔的设计，在此基础上制备的陶瓷滤波器,将具有最小的尺寸，合理的电性能，合理的功率处理能力，具有最佳的5G通信中功率滤波器性能，满足苛刻的通信对滤波器的要求。
由于介质陶瓷材料中传播的电磁波波长和介质陶瓷材料的介电常数之间的平方根倒数的关系，使用高介电常数的介质陶瓷基体材料将有助于降低谐振腔尺寸，将大幅降低滤波器的尺寸，这对于无线通信的应用有重大意义。
介质陶瓷滤波器需要高品质因子QF的介质陶瓷材料，其介电常数范围在4-160之间，如微波介质陶瓷材料Ba(Co1/3Nb2/3)O3具有优异的介电性能，尤其是高的品质因子Qf值，其品质因子Qf可达80000GHz，介电常数在35。
由于陶瓷滤波器的安装要安装于PCB上，直接的安装不能很好的控制器输入输出的阻抗问题，且还不利于散热。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，其特征在于：包括陶瓷滤波器和PCB板，在陶瓷滤波器和PCB板之间增加中间结构层，中间结构层上开设有圆孔，并在圆孔内插接一芯针，让陶瓷滤波器与PCB板相连通，并控制陶瓷滤波器的输入输出阻抗；
陶瓷滤波器的阻抗公式如下：
其中，Z为阻抗；
b为芯针的半径；
a为圆孔的半径；
ε为介电常数。
优选的，所述芯针的半径小于圆孔的半径。
优选的，所述中间结构层的材质为铝，或为铜，或为合金。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明通过在PCB板和陶瓷滤波器之间安装的中间结构层和芯针，可以使陶瓷滤波器的输入输出阻抗进行可调，来实现不同的匹配，同时还能对陶瓷滤波器起到均热和散热的功效，从而提高陶瓷滤波器的功率耐受水平。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，其特征在于：包括陶瓷滤波器和PCB板，在陶瓷滤波器和PCB板之间增加中间结构层，中间结构层上开设有圆孔，并在圆孔内插接一芯针，让陶瓷滤波器与PCB板相连通，并控制陶瓷滤波器的输入输出阻抗；
陶瓷滤波器的阻抗公式如下：
其中，Z为阻抗；
b为芯针的半径；
a为圆孔的半径；
ε为介电常数。
本发明中所述芯针的半径小于圆孔的半径。
本发明中所述中间结构层的材质为铝，或为铜，或为合金，可实现高导热率的结构层，有助于陶瓷滤波器均热以及将热量导出。
陶瓷介质滤波器的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：将陶瓷粉体造粒；
步骤2：将造粒成型的陶瓷放置在模具中通过压力压制成型，形成陶瓷干压坯片；
步骤3：依据所需谐振器的频率，对陶瓷块的尺寸进行限定，其公式如下：
其中，fTE为频率；
c为光速；
a为长度；
d为宽度；
ε为介电常数；
步骤4：将成型后的生坯片以3-5度每分钟的升温速率，在1100-1700度范围内的温度下，经过8-40小时的保温烧结，等待冷却成陶瓷块；
步骤5：将烧结成型后的陶瓷块经过研磨抛光处理；
步骤6：按照步骤5中的陶瓷块尺寸制备相应的丝印模板；
步骤7：通过丝印模板的丝印方法，将银层丝印到陶瓷块的表面上；
步骤8：通过700-900度的高温对丝印银层后的陶瓷块进行10至200min的银层烧结，得到具有金属化的陶瓷滤波器；
步骤9：在完成步骤8后，将陶瓷滤波器与PCB板通过中间结构层和芯针相连通，并通过公式来使陶瓷滤波器的输入输出阻抗得以匹配，
并且还能通过中间结构层来让陶瓷滤波器实现均热和散热的功效，提升陶瓷滤波器的功率耐受水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，其特征在于：包括陶瓷滤波器和PCB板，在陶瓷滤波器和PCB板之间增加中间结构层，中间结构层上开设有圆孔，并在圆孔内插接一芯针，让陶瓷滤波器与PCB板相连通，并控制陶瓷滤波器的输入输出阻抗；
陶瓷滤波器的阻抗公式如下：
其中，Z为阻抗；
b为芯针的半径；
a为圆孔的半径；
ε为介电常数。
2.根据权利要求1所述的一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，其特征在于：所述芯针的半径小于圆孔的半径。
3.根据权利要求1所述的一种安装于PCB板上的陶瓷介质滤波器的结构，其特征在于：所述中间结构层的材质为铝，或为铜，或为合金。
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