CN111509340A - 一种陶瓷介质滤波器 - Google Patents

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李荣浩
潘彦龙
莫辉海
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Abstract

本发明公开了一种陶瓷介质滤波器，包括滤波器本体和PCB板；滤波器本体的信号传输面上设有用于连接信号输入输出装置的输入端和输出端；PCB板用于焊接信号传输面和通信系统板后接地，PCB板与输入端和输出端错开设置，PCB板包括至少两个子板，所述子板相互隔开设置，从而使子板之间所受到的应力作用无法进行相互传递，相对于现有的连接一整块PCB板结构的陶瓷介质滤波器，本发明所使用的PCB板所受的应力大幅度地减小了，从而有效地降低了介质滤波器的陶瓷开裂、焊点拉裂、以及PCB板上的铜箔脱落的几率。

Description

一种陶瓷介质滤波器
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种陶瓷介质滤波器。
背景技术
如图1所示，现有的陶瓷介质滤波器，包括滤波器本体1和PCB板2；所述滤波器本体的信号传输面13上设有用于连接信号输入输出装置的输入端11 和输出端12；所述PCB板用于焊接所述信号传输面和通信系统板后接地，所述 PCB板与所述输入端和输出端错开设置。其中，滤波器本体与PCB板的焊接通常是采用锡来实现焊接。但当与滤波器本体焊接的PCB板是一个整体结构时，在高低温情况下，整体结构的PCB板发生了形变，因为焊点的存在限制了整体结构的PCB板的形变从而使整体结构的PCB板产生极大的应力作用，导致出现介质滤波器的陶瓷开裂、焊点拉裂、PCB板上的铜箔脱落等不良现象，产品很容易一次导致性能劣化或失去性能，极大地缩短了产品的使用寿命。
在温差190℃，125℃，以及65℃下，现有整体结构的PCB板所受到的应力作用如下表所示：
温度范围(℃) 温差(℃) 应力(N)
-40～150 190 1932
25～150 125 1080
-40～25 65 495
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种陶瓷介质滤波器，其能够有助于减少PCB板所受到的应力作用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种陶瓷介质滤波器，包括滤波器本体和PCB板；所述滤波器本体的信号传输面上设有用于连接信号输入输出装置的输入端和输出端；所述PCB板用于焊接所述信号传输面和通信系统板后接地，所述PCB板与所述输入端和输出端错开设置，所述PCB板包括至少两个子板，所述子板相互隔开设置。
进一步地，所述PCB板包括第一金属层，第二金属层，以及位于所述第一金属层与第二金属层之间的介质层；所述第一金属层用于焊接所述信号传输面，所述第二金属层用于焊接通信系统板。
优选地，所述PCB板上设有用于导通所述第一金属层和第二金属层的金属导通孔。
进一步地，在第一个子板上设有第一缺口和第二缺口；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一缺口和第二缺口之中。
优选地，所述第一缺口和第二缺口分别呈弧形结构。
更优选地，所述弧形结构为优弧状结构。
或者，在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一通孔和对应于所述输出端的第二通孔；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一通孔和第二通孔之中。
优选地，在所述第一个子板上还设有对应于所述输入端的第一调节阻抗区，以及设有对应于所述输出端的第二调节阻抗区；所述第一通孔位于所述第一调节阻抗区中并与所述第一调节阻抗区形成第一环形阻抗调节带，所述第二通孔位于所述第二调节阻抗区中并与所述第二调节阻抗区形成第二环形阻抗调节带；所述输入端包括设于滤波器本体上的输入金属覆盖区和陶瓷输入介质区；所述输入金属覆盖区位于所述陶瓷输入介质区内并于所述陶瓷输入介质区形成环形输入介质带；所述输入金属覆盖区正对所述第一通孔，并且所述输入金属覆盖区的外径与所述第一通孔的外径相匹配；所述第一环形阻抗调节带的带宽与所述环形输入介质带的带宽相匹配；所述输出端包括设于滤波器本体上的输出金属覆盖区和陶瓷输出介质区；所述输出金属覆盖区位于所述陶瓷输出介质区内并与所述陶瓷输出介质区形成环形输出介质带；所述输出金属覆盖区正对所述第二通孔，并且所述输出金属覆盖区的外径与所述第二通孔的外径相匹配；所述第二环形阻抗调节带的带宽与所述环形输出介质带的带宽相匹配。
更优选地，所述第一调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输入端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的；所述第二调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输出端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的。
更优选地，所述第一通孔和第二通孔均为圆形通孔，所述输入金属覆盖区与输出金属覆盖区均呈圆形。
更优选地，所述第一环形阻抗调节带与环形输入介质带均呈圆环形，所述第二环形阻抗调节带与环形输出介质带均呈圆环形。
进一步地，所述子板的数量为2个或3个或4个。
进一步地，所述PCB板通过焊点连接所述信号传输面和通信系统板后接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的陶瓷介质滤波器，由于其PCB板的子板数量在两个以上，并且所述子板相互隔开设置，相邻的子板之间相互不接触，所以可以使不同子板上的焊点对子板形变所产生的限制不能相互传递，从而使子板之间所受到的应力作用无法进行相互传递；而且，由于子板相互隔开设置，每个子板的边界都是自由的，从而使每个子板受到的应力作用可以完全释放，经测算应力数值趋近于0。相对于现有的连接一整块PCB板结构的陶瓷介质滤波器，本发明所使用的具有两个以上子板的PCB板，其总体所受的应力大幅度地减小了，有效地降低了介质滤波器的陶瓷开裂、焊点拉裂、以及PCB板上的铜箔脱落的几率。同时，PCB板被分成较小的子板结构时，减小了PCB板的总体用料，从而能够提高物料利用率，有效地降低了成本。
2.所述PCB板上设有用于导通所述第一金属层和第二金属层的金属导通孔，通过所述金属导通孔，可以使滤波器本体与通信系统板共地，有助于改善本发明的陶瓷介质滤波器的整体接地性能。
3.在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一缺口和对应于所述输出端的第二缺口；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一缺口和第二缺口之中，所述第一缺口和第二缺口分别呈弧形结构，所述弧形结构为优弧状结构，从而在输入端和输出端连接导线时能够更好地固定导线，防止导线出现移位现象，确保了本发明陶瓷介质滤波器的电学连接性能。
4.本发明在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一通孔和对应于所述输出端的第二通孔，可以方便滤波器本体的输入端和输出端透过第一通孔和第二通孔去连接导线，确保本发明陶瓷介质滤波器的电学性能。而利用第一通孔和第一调节阻抗区形成第一环形阻抗调节带，以及利用第二通孔和第二调节阻抗区形成第二环形阻抗调节带，其两者带宽分别对应匹配滤波器本体上的环形输入介质带和环形输出介质带两者的带宽，从而在第一环形阻抗调节带与环形输入介质带之间，以及在第二环形阻抗调节带与环形输出介质带之间形成电容；通过调节第一环形阻抗调节带与环形输入介质带两者带宽的大小，实现改变第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗，而通过调节第二环形阻抗调节带与环形输出介质带两者带宽的大小，实现改变第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗。
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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有的陶瓷介质滤波器的结构示意图。
图2为本发明陶瓷介质滤波器第一种实施例的结构示意图。
图3为本发明陶瓷介质滤波器第二种实施例的结构示意图。
图4为本发明陶瓷介质滤波器第三种实施例的结构示意图。
图5为本发明陶瓷介质滤波器第五种实施例的结构示意图。
图6为图5的滤波器本体的结构示意图。
其中，各附图标记为：
1、滤波器本体；11、输入端；111、输入金属覆盖区；112、环形输入介质带；12、输出端；121、输出金属覆盖区；122、环形输出介质带；13、信号传输面；2、PCB板；21、第一个子板；211、第一缺口；212、第二缺口；22、第二个子板；23、第三个子板；24、第四个子板；25、金属导通孔；31、第一通孔；32、第二通孔；41、第一环形阻抗调节带；42、第二环形阻抗调节带。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
实施例一
图2为本发明的陶瓷介质滤波器第一种具体实施方式，其包括滤波器本体1 和PCB板2；所述滤波器本体的信号传输面13上设有用于连接信号输入输出装置的输入端11和输出端12；所述PCB板用于焊接所述信号传输面和通信系统板(图未示)后接地，所述PCB板与所述输入端和输出端错开设置，所述PCB 板2包括两个子板，所述子板相互隔开设置。
本发明的陶瓷介质滤波器，由于其PCB板的子板数量在两个以上，并且所述子板相互隔开设置，所以可以使不同子板上的焊点对子板形变所产生的限制不能相互传递，从而使子板之间所受到的应力作用无法进行相互传递；而且，由于子板相互隔开设置，所以每个子板的边界都是自由的，从而使每个子板受到的应力作用可以完全释放，经测算应力数值趋近于0。相对于现有的连接一整块PCB板结构的陶瓷介质滤波器，本发明所使用的具有两个以上子板的PCB板，其总体所受的应力大幅度地减小了，有效地降低了介质滤波器的陶瓷开裂、焊点拉裂、以及PCB板上的铜箔脱落的几率。同时，PCB板被分成较小的子板结构时，PCB板的总体用料就减小了，从而能够提高物料利用率，有效地降低了成本。
具体地，所述PCB板通过焊点连接所述信号传输面和通信系统板后接地。
具体地，所述PCB板包括第一金属层，第二金属层，以及位于所述第一金属层与第二金属层之间的介质层；所述第一金属层用于焊接所述信号传输面，所述第二金属层用于焊接通信系统板。所述PCB板上设有用于导通所述第一金属层和第二金属层的金属导通孔25，可以使滤波器本体与通信系统板共地，有助于改善本发明的陶瓷介质滤波器的整体接地性能。而且，由于金属导通孔的存在，同样可以进一步减少PCB板在与滤波器本体连接时所受到的应力作用。
为了便于输入端和输出端通过导线连接信号输入输出装置，在第一个子板上21设有对应于所述输入端的第一缺口211和对应于所述输出端的第二缺口 212；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一缺口和第二缺口之中。具体为，所述输入端和输出端分别对应通过所述第一缺口和第二缺口连接导线并将所述导线引至信号输入输出装置上。
作为本实施例的进一步改进，所述第一缺口和第二缺口分别呈弧形结构，从而与输入端和输出端的形状更加匹配。更优选所述弧形结构为优弧状结构，从而在输入端和输出端连接导线时能够更好地固定导线，防止导线出现移位现象，确保了本发明陶瓷介质滤波器的电学连接性能。
第二个子板22，在本实施例中是呈条状结构，当然还可以为其他形状的结构，使用者可以根据实际的使用需要设置所述子板的具体形状。
实施例二
图3为本发明的陶瓷介质滤波器第二种具体实施方式，其与图2所示的第一种具体实施方式的不同点在于：所述PCB板2具有3个子板。并且其第一个子板21的结构与第一种具体实施方式的第一个子板21结构相同。第二个子板 22与第三个子板23在本实施例中是呈正方形结构，相对于图2所示的第一种具体实施方式，本实施例的陶瓷介质滤波器的PCB板由于采用了3个子板，并且 3个子板的中心连接成一个三角形，从而提高了滤波器本体在通信系统板上的安装稳定性。
实施例三
图4为本实施例的陶瓷介质滤波器第三种具体实施方式，其与图2所示的第一种具体实施方式的不同点在于：所述PCB板具有4个子板。并且其第一个子板21的结构与第一种具体实施方式的第一个子板21结构相同。第二个子板 22、第三个子板23、第四个子板24在本实施例中是呈正方形结构。并且，第一个子板、第二个子板以及第三个子板的中心连接成一个三角形，第四个子板的中心位于第二个子板与第三个子板的中心连线上，所以相对于前面第一种和第二种具体实施方式，
实施例四
图5和图6是本发明的陶瓷介质滤波器第四种具体实施方式，其与第一种具体实施方式的不同点在于：
在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一通孔31和第一调节阻抗区，以及设有对应于所述输出端的第二通孔32和第二调节阻抗区；所述第一通孔位于所述第一调节阻抗区中并与所述第一调节阻抗区形成第一环形阻抗调节带41，所述第二通孔位于所述第二调节阻抗区中并与所述第二调节阻抗区形成第二环形阻抗调节带42；所述输入端包括设于滤波器本体上的输入金属覆盖区111和陶瓷输入介质区；所述输入金属覆盖区位于所述陶瓷输入介质区内并于所述陶瓷输入介质区形成环形输入介质带112；所述输入金属覆盖区正对所述第一通孔，并且所述输入金属覆盖区的外径与所述第一通孔的外径相匹配；所述第一环形阻抗调节带的带宽与所述环形输入介质带的带宽相匹配；所述输出端包括设于滤波器本体上的输出金属覆盖区121和陶瓷输出介质区；所述输出金属覆盖区位于所述陶瓷输出介质区内并与所述陶瓷输出介质区形成环形输出介质带122；所述输出金属覆盖区正对所述第二通孔，并且所述输出金属覆盖区的外径与所述第二通孔的外径相匹配；所述第二环形阻抗调节带的带宽与所述环形输出介质带的带宽相匹配。
本发明在第一个子板上利用第一通孔和第一调节阻抗区形成第一环形阻抗调节带，以及利用第二通孔和第二调节阻抗区形成第二环形阻抗调节带，其两者带宽分别对应匹配滤波器本体上的环形输入介质带和环形输出介质带两者的带宽，从而在第一环形阻抗调节带与环形输入介质带之间，以及在第二环形阻抗调节带与环形输出介质带之间形成电容；通过调节第一环形阻抗调节带与环形输入介质带两者带宽的大小，实现改变第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗，而通过调节第二环形阻抗调节带与环形输出介质带两者带宽的大小，实现改变第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗。
具体阻抗改变原理如下：
第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗公式，或者，第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗公式如下：
Figure BDA0002524095610000071
常用简化形式如下：
Figure BDA0002524095610000072
其中，ε0为真空介电常数，数值为8.854187817×10-12F/m，εr为在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数，数值是1.00053。
对于第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗来说，d是指输入金属覆盖区的外径或第一通孔的外径，而D是指第一调节阻抗区或陶瓷输入介质区的外径，而D-d是指第一环形阻抗调节带的带宽或环形输入介质带的带宽。当d取固定值不变时候，也就是说输入金属覆盖区的外径与第一通孔的外径为同一常数时，改变D的大小，从而使第一调节阻抗区的外径大小变化与陶瓷输入介质区的外径大小变化同步(即同步改变第一环形阻抗调节带的带宽和环形输入介质带的带宽的数值)，从而使第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗大小发生变化。
或者，当D取固定值不变时候，也就是说第一调节阻抗区与陶瓷输入介质区的外径为同一常数时，改变d的大小，从而使第一调节阻抗区的外径大小变化与陶瓷输入介质区的外径大小变化同步(即同步改变第一环形阻抗调节带的带宽和环形输入介质带的带宽的数值)，从而使第一子板与滤波器本体的输入端之间阻抗大小发生变化。
同理，对于第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗来说，d是指输出金属覆盖区的外径或第二通孔的外径，而D是指第二调节阻抗区或陶瓷输出介质区的外径，而D-d是指第二环形阻抗调节带的带宽或环形输出介质带的带宽。当d 取固定值不变时候，也就是说输出金属覆盖区的外径与第二通孔的外径为同一常数时，改变D的大小，从而使第二调节阻抗区的外径大小变化与陶瓷输出介质区的外径大小变化同步(即同步改变第二环形阻抗调节带的带宽和环形输出介质带的带宽的数值)，从而使第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗大小发生变化。
或者，当D取固定值不变时候，也就是说第二调节阻抗区与陶瓷输出介质区的外径为同一常数时，改变d的大小，从而使第二调节阻抗区的外径大小变化与陶瓷输出介质区的外径大小变化同步(即同步改变第二环形阻抗调节带的带宽和环形输出介质带的带宽的数值)，从而使第一子板与滤波器本体的输出端之间阻抗大小发生变化。
具体地，所述第一调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输入端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的；所述第二调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输出端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (14)

1.一种陶瓷介质滤波器，包括滤波器本体和PCB板；所述滤波器本体的信号传输面上设有用于连接信号输入输出装置的输入端和输出端；所述PCB板用于焊接所述信号传输面和通信系统板后接地，所述PCB板与所述输入端和输出端错开设置，其特征在于：所述PCB板包括至少两个子板，所述子板相互隔开设置。
2.根据权利要求1所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述PCB板包括第一金属层，第二金属层，以及位于所述第一金属层与第二金属层之间的介质层；所述第一金属层用于焊接所述信号传输面，所述第二金属层用于焊接通信系统板。
3.根据权利要求2所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述PCB板上设有用于导通所述第一金属层和第二金属层的金属导通孔。
4.根据权利要求2所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述第一金属层和第二金属层均为铜箔。
5.根据权利要求2所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一缺口和对应于所述输出端的第二缺口；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一缺口和第二缺口之中。
6.根据权利要求5所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述第一缺口和第二缺口分别呈弧形结构。
7.根据权利要求6所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述弧形结构为优弧状结构。
8.根据权利要求2所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：在第一个子板上设有对应于所述输入端的第一通孔和对应于所述输出端的第二通孔；所述输入端和输出端分别对应位于所述第一通孔和第二通孔之中。
9.根据权利要求8所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：在所述第一个子板上还设有对应于所述输入端的第一调节阻抗区，以及设有对应于所述输出端的第二调节阻抗区；所述第一通孔位于所述第一调节阻抗区中并与所述第一调节阻抗区形成第一环形阻抗调节带，所述第二通孔位于所述第二调节阻抗区中并与所述第二调节阻抗区形成第二环形阻抗调节带；所述输入端包括设于滤波器本体上的输入金属覆盖区和陶瓷输入介质区；所述输入金属覆盖区位于所述陶瓷输入介质区内并于所述陶瓷输入介质区形成环形输入介质带；所述输入金属覆盖区正对所述第一通孔，并且所述输入金属覆盖区的外径与所述第一通孔的外径相匹配；所述第一环形阻抗调节带的带宽与所述环形输入介质带的带宽相匹配；所述输出端包括设于滤波器本体上的输出金属覆盖区和陶瓷输出介质区；所述输出金属覆盖区位于所述陶瓷输出介质区内并与所述陶瓷输出介质区形成环形输出介质带；所述输出金属覆盖区正对所述第二通孔，并且所述输出金属覆盖区的外径与所述第二通孔的外径相匹配；所述第二环形阻抗调节带的带宽与所述环形输出介质带的带宽相匹配。
10.根据权利要求9所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述第一调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输入端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的；所述第二调节阻抗区是通过蚀刻所述第一个子板上对应所述输出端位置上的第一金属层区域后裸漏出对应的介质层而形成的。
11.根据权利要求9所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔均为圆形通孔，所述输入金属覆盖区与输出金属覆盖区均呈圆形。
12.根据权利要求11所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述第一环形阻抗调节带与环形输入介质带均呈圆环形，所述第二环形阻抗调节带与环形输出介质带均呈圆环形。
13.根据权利要求1-12任何一项所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述子板的数量为2个或3个或4个。
14.根据权利要求1-12任何一项所述的陶瓷介质滤波器，其特征在于：所述PCB板通过焊点连接所述信号传输面和通信系统板后接地。
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