CN112436250A - 一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，属于介质滤波器技术领域，包括介质块，所述介质块的表面设有导电层，盲孔，设置在所述介质块一侧，所述盲孔内壁设有导电层，避让区，设置在盲孔周围，所述避让区表面去除导电层，端口PIN针，设置在盲孔内，所述端口PIN针表面设有导电层；所述盲孔为内凹的圆柱体孔洞，底部为半球形。底部为半球型的盲孔可以充分利用材料强度，可以把受到的应力均匀地分散到物体地各个部分，减少受到的应力，降低了胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险，有效地抑制了因为胀缩给微波介质波导滤波器造成的开裂现象；确保了微波介质波导滤波器的使用寿命，降低了基站的维护成本。

Description

一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构

技术领域

本发明属于介质滤波器技术领域，涉及到一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构。

背景技术

随着无线通信技术的发展，尤其是大规模天线技术在5G系统中的应用，射频通道数将成倍增长为64通道甚至128通道，基站滤波器的需求空间巨大，同时5G基站的高度集成化和小型化发展对于滤波器的尺寸的和发热性能提出了更高的要求。微波介质波导滤波器凭借高Q值、低损耗、体积小、重量轻、成本低、抗温漂性能好等优点成为5G时代滤波器的主流，拥有广阔的应用前景。

为了实现表面贴装工艺，采用盲孔式端口耦合结构的微波介质波导滤波器需要加工为滤波器单元。滤波器单元由微波介质波导滤波器、端口PIN针和PCB高频板组成。端口PIN针常用的材料为黄铜H62,其热膨胀系数为20.6ppm/℃，微波介质波导滤波器介质基材所用的微波介质陶瓷的热膨胀系数为6～11ppm/℃，由于组成滤波器单元的各个组件材料的热膨胀系数不同，而滤波器单元工作环境温度的变化范围较大，端口PIN针因温度改变发生的胀缩造成微波介质波导滤波器的输入输出端口附近的介质块开裂，缩短了微波介质波导滤波器的使用寿命，同时也增加了基站的维护成本。

发明内容

本发明设计了一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，降低了端口PIN针因温度改变发生的胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险。

本发明采用的技术方案是，

一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，包括，

介质块，所述介质块的表面设有导电层，

盲孔，设置在所述介质块一侧，所述盲孔为内凹的柱体孔洞并且内壁设有导电层，

避让区，设置在盲孔周围，所述避让区表面去除导电层，

端口PIN针，设置在盲孔内，所述端口PIN针表面设有导电层。

所述盲孔底部为半球形。

所述端口PIN针为实心柱体结构，所述端口PIN针的本体材料与介质块的材料膨胀系数接近或相同。

所述端口PIN针顶部设有排气缺口。

所述端口PIN针为空芯柱体结构，并且端口PIN针的外壁设有多条应力释放槽，所述应力释放槽设置在端口PIN针底部外壁形成末端开放的梳齿状结构。

所述梳齿状结构的长度大于盲孔深度。

所述盲孔为内凹的圆柱体孔洞，且所述端口PIN针相应设为圆柱结构。

还包括所述介质块的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

第一步，采用干压成型的方法将微波介质陶瓷粉体压制成陶瓷生坯，

第二步，采用等静压成型的方法给陶瓷生坯二次加压，

第三步，将二次加压的陶瓷生坯烧结为微波介质滤波器介质基材。

第一步干压成型是将造粒成型的陶瓷粉体装入金属模具的模腔内，通过冲头施加压力，使金属模腔内的压强到500kgf/cm²～5000kgf/cm²,压制成陶瓷生坯。

第二步等静压成型是将第一步制成的陶瓷生坯装入等静压机密闭容器内，以500kgf/cm²～5000kgf/cm²的压强,给陶瓷生坯二次加压。

本发明的有益效果是：

端口PIN针与盲孔构成的端口耦合结构在一定温度区间范围内保持结构稳定，从而实现端口PIN针和端口盲孔匹配封接，底部为半球型的盲孔可以充分利用材料强度，可以把受到的应力均匀地分散到物体地各个部分，减少受到的应力，降低了胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险，有效地抑制了因为胀缩给微波介质波导滤波器造成的开裂现象；确保了微波介质波导滤波器的使用寿命，降低了基站的维护成本。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明具体实施例1的剖面示意图；

图3是本发明具体实施例2的剖面示意图；

图4是本发明具体实施例2的端口PIN针仰视图；

图5是本发明具体实施例3的剖面示意图；

图6是本发明具体实施例3的端口PIN针示意图；

图7是本发明具体实施例3的端口PIN针仰视图；

图8是本发明介质块的制作方法的流程示意图；

附图中，1、介质块，2、盲孔，3、避让区，4、端口PIN针。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。

如图1所示，本发明为一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，包括，介质块1，所述介质块1的表面设有导电层，盲孔2，设置在所述介质块1一侧，所述盲孔为内凹的柱体孔洞并且内壁设有导电层，避让区3，设置在盲孔2周围，所述避让区3表面去除导电层，端口PIN针4，设置在盲孔2内，所述端口PIN针4表面设有导电层。

具体实施例1，如图2所示，所述盲孔2为内凹的柱体孔洞，底部为半球形。

介质块1的介质材料为微波介质陶瓷，盲孔2底部为半球型孔，底部为半球型的盲孔2可以充分利用材料强度，可以把受到的应力均匀地分散到物体地各个部分，减少受到的应力；降低了胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险，有效地抑制了因为胀缩给微波介质波导滤波器造成的开裂现象。

具体实施例2，如图3所示，所述端口PIN针4为实心柱体结构，表面设有导电层，所述端口PIN针4的本体材料与介质块1的材料膨胀系数接近或相同。

介质块1的介质材料为微波介质陶瓷，并在其表面设置有导电层，端口PIN针4插入盲孔2内，并用高温焊锡焊接；端口PIN针4的本体材料为与介质块1材料的热膨胀系数接近的材料，优选可伐合金、马氏体不锈钢SS，端口PIN针4的本体材料也可选取与介质块1相同材料的微波介质陶瓷；

当端口PIN针4的本体材料的热膨胀系数与微波介质陶瓷的热膨胀系数相同或相接近，端口PIN针4在温度改变发生胀缩后产生的形变量与介质块1胀缩后产生的形变量相接近，从而达到匹配封接的效果，降低了胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险，有效地抑制了因为胀缩给微波介质波导滤波器造成的开裂现象。

进一步，如图4所示，所述端口PIN针4顶部设有排气缺口。

因为端口PIN针4底部与顶部圆柱直径不同，底部插入盲孔2，其直径与盲孔2直径匹配，顶部的直径比底部的大；端口PIN针4直径大的一段在盲孔2外，正好完全盖住了盲孔2，不利于焊锡的气体从盲孔2里排出，端口PIN针4顶部侧面的缺口是为了焊接时方便端口PIN针4与盲孔2之间焊锡中存在的空气排出，保证焊接的强度。

具体实施例3，如图5～图7所示，所述端口PIN针4为空芯柱体结构，表面设有导电层，并且端口PIN针4的外壁设有多条应力释放槽，所述应力释放槽设置在端口PIN针4底部外壁形成末端开放的梳齿状结构。

进一步，所述梳齿状结构的长度大于盲孔深度。

端口PIN针4空心柱体外壁上设有多条应力释放槽，这种结构的端口PIN针4比实心结构的端口PIN针4具有更好的弹性，即使端口PIN针4本体材料的热膨胀系数与微波介质陶瓷的热膨胀系数相差稍微多点，端口PIN针4自身的弹性也可以减缓一部分在温度发生改变时，端口PIN针4胀缩后产生的形变量与介质块1胀缩后产生的形变量不同而产生的对盲孔2的应力，降低了胀缩给微波介质波导滤波器带来的应力损坏风险，有效地抑制了因为胀缩给微波介质波导滤波器造成的开裂现象。

具体实施例4，所述盲孔2为内凹的圆柱体孔洞，且所述端口PIN针4相应设为圆柱结构。

圆柱结构的端口PIN针4插接于圆柱结构的盲孔2中，能够使胀缩引起的应力分散的更加均匀。

具体实施例5，如图1所示，所述避让区3为圆环形，盲孔2设于避让区3的中心位置。

盲孔2设于圆环避让区3中心，能够使盲孔2周围覆盖的不导电区域更加均匀。

具体实施例6，所述导电层为金属银。

在所有金属中,银的导电性是最好的，导电层采用金属银能够保证微波介质波导滤波器的良好工作性能。

具体实施例7，为了克服干压成型制作的介质基材的缺点，本实施例还提出了一种介质基材的制作办法，如图8所示，所述制作方法包括以下步骤：

第一步，采用干压成型的方法将微波介质陶瓷粉体压制成陶瓷生坯，

第二步，采用等静压成型的方法给陶瓷生坯二次加压，

第三步，将二次加压的陶瓷生坯烧结为微波介质滤波器介质基材。

介质块1的材料为微波介质陶瓷，制作微波介质陶瓷生坯常用的成型方法是干压成型；干压成型只能上下加压，而微波介质滤波器介质基材的盲孔、盲槽和通槽多，结构复杂，这些盲孔、盲槽和通槽由模具上下冲头决定，在压制过程中微波介质陶瓷粉体流动性受限，承受的压力分布不均匀，制作的陶瓷生坯存在致密度不均匀、收缩不均匀等缺点，制作的微波介质滤波器介质基材会产生开裂、分层等现象，会导致产品前功尽弃。致密度不均匀的陶瓷生坯烧结后介质基材收缩不同会产生形变，加工出来的微波介质波导滤波器介质基材良品率低，导致加工的微波介质陶瓷滤波器电气性能一致性很差，影响微波介质陶瓷滤波器的整体加工效率；形变还会导致介质基材的内部存在应力，加工出来的微波介质滤波器在长期使用的过程中，内部应力会造成滤波器的开裂，可靠性差。

进一步，第一步干压成型是将造粒成型的陶瓷粉体装入金属模具的模腔内，通过冲头施加压力，使金属模腔内的压强到500kgf/cm²～5000kgf/cm²,压制成陶瓷生坯。

在压力机上，通过上下冲头施加压力，双向加压，使金属模具模腔内的压强到500kgf/cm²～5000kgf/cm²,粉体内空隙中的气体部分排出，颗粒发生位移、逐步靠拢，最终形成截面与模具截面相同、上下两面形状由模具上下冲头决定的陶瓷生坯。

干压成型加压时间2至6秒，保压1至3秒，使坯体内压力传递充分。干压成型时选用造粒后流动性好、颗粒级配合适的粉体，粉体能顺利地填满模型的各个角落。单向加压容易在压坯高度方向和横截面上产生密度不均匀现象，尤其当压坯高径比值较大时更为明显，为此本实施例采用双向加压来减少这种现象。

进一步，第二步等静压成型是将第一步制成的陶瓷生坯装入等静压机密闭容器内，以500kgf/cm²～5000kgf/cm²的压强,给陶瓷生坯二次加压。

第二步等静压成型是将第一步制成的陶瓷生坯装入模具中，模具的材质一般为具有一定弹性的塑料或橡胶，在等静压机的密闭容器内，以500kgf/cm²～5000kgf/cm²的压强,给陶瓷生坯二次加压。等静压机的密闭容器内的介质压强可以向各个方向均等的传递，使陶瓷生坯在各个方向受压相等，压坯的致密度均匀一致。等静压成型加压时间5至15秒，保压时间5至20分钟，使坯体内压力传递充分，得到生坯的体积密度为2g/cm³～2.5g/cm³。

进一步，第三步将二次加压后的陶瓷生坯高温烧结，陶瓷生坯中的气孔逐步排除，产生收缩，使陶瓷生坯成为具有一定强度的致密的瓷体，制作为微波介质滤波器介质基材。具体的烧结要求如下：将等静压二次加压后的陶瓷生坯放置于烧结炉中，在5h～8h内升温至1268℃～1384℃，然后保温2.5h～5h。

上述的压制时间范围和生坯体积密度及烧结要求只适用于特定型号介质块的制作，并不适用于所有型号介质块的制作，实际生产中可以根据实际需求进行调整。干压成型选用造粒后流动性好、颗粒级配合适的粉体采用双向加压制成陶瓷生坯，并将干压成型的陶瓷生坯用等静压成型的方法二次成型，使陶瓷生坯在各个方向受压相等，克服了干压成型的陶瓷生坯致密度不均匀的缺点，使陶瓷生坯收缩均匀,改善了陶瓷生坯烧结后变形的问题，提高了加工滤波器的良品率，利于批量生产，陶瓷生坯烧结后变形小也减小了微波介质滤波器介质基材的内部应力，确保了滤波器长期使用的可靠性。

Claims (10)

1.一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：包括，

介质块(1)，所述介质块(1)的表面设有导电层，

盲孔(2)，设置在所述介质块(1)一侧，所述盲孔(2)为内凹的柱体孔洞并且内壁设有导电层，

避让区(3)，设置在盲孔(2)周围，所述避让区(3)表面去除导电层，

端口PIN针(4)，设置在盲孔(2)内，所述端口PIN针(4)表面设有导电层。

2.根据权利要求1所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述盲孔(2)底部为半球形。

3.根据权利要求1所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述端口PIN针(4)为实心柱体结构，所述端口PIN针(4)的本体材料与介质块(1)的材料热膨胀系数接近或相同。

4.根据权利要求3所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述端口PIN针(4)顶部设有排气缺口。

5.根据权利要求1所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述端口PIN针(4)为空芯柱体结构，并且端口PIN针(4)的外壁设有多条应力释放槽，

所述应力释放槽设置在端口PIN针(4)底部外壁形成末端开放的梳齿状结构。

6.根据权利要求书5所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述梳齿状结构的长度大于盲孔深度。

7.根据权利要求1所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：所述盲孔(2)为内凹的圆柱体孔洞，且所述端口PIN针(4)相应设为圆柱结构。

8.一种如权利要求1至7任意一项所述的微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：还包括所述介质块的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

第一步，采用干压成型的方法将微波介质陶瓷粉体压制成陶瓷生坯，

第二步，采用等静压成型的方法给陶瓷生坯二次加压，

第三步，将二次加压的陶瓷生坯烧结为微波介质滤波器介质基材。

9.根据权利要求书8所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：第一步干压成型是将造粒成型的陶瓷粉体装入金属模具的模腔内，通过冲头施加压力，使金属模腔内的压强到500kgf/cm²～5000kgf/cm²,压制成陶瓷生坯。

10.根据权利要求书8所述的一种微波介质波导滤波器的端口耦合结构，其特征在于：第二步等静压成型是将第一步制成的陶瓷生坯装入等静压机密闭容器内，以500kgf/cm²～5000kgf/cm²的压强,给陶瓷生坯二次加压。

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