KR101261908B1 - Dielectric resonator support and method for manufacturing dielectric resonator thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전체 공진기의 지지대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 중계시스템 또는 무선통신 기지국 중계 시스템에 적용되는 GHz 대역의 유전체 공진기와 일체형으로 소결시킬 수 있는 유전체 공진기의 유전체 지지대 및 이를 이용한 공진기 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a support for a dielectric resonator, and more particularly, to a dielectric support of a dielectric resonator capable of sintering integrally with a dielectric resonator in a GHz band applied to a satellite relay system or a wireless communication base station relay system, and a method of manufacturing the resonator using the same. It is about.
일반적으로, 대역통과여파기(Band Pass Filter: BPF)는 단지 특정대역의 주파수 신호만을 통과시키고 나머지 주파수 신호는 감쇄시키는 특성을 갖는 수동소자로서, 상/하부의 저지대역에서 우수한 감쇄특성을 갖는 것이 필수적이다. BPF는 예를들어, 인덕터(L)와 캐패시터(C)의 직렬회로와 병렬회로가 다단 접속된 회로로서 구현될 수 있으며, 가장 일반적인 주파수 대역인 경우는 보통의 소자를 이용하는 집중소자형을 이용하게 된다.In general, a band pass filter (BPF) is a passive device that passes only frequency signals of a specific band and attenuates the remaining frequency signals. It is essential to have excellent attenuation characteristics in upper and lower stop bands. to be. For example, the BPF can be implemented as a circuit in which the series circuit and the parallel circuit of the inductor L and the capacitor C are connected in multiple stages. In the case of the most common frequency band, the BPF uses a lumped element type using a common element. do.
그러나, 고주파, 특히 마이크로웨이브 대역 이상에서는 집중소자형 소자를 사용할 수 없어 금속의 캐비티내에 유전체를 플로팅시킨 유전체 공진기(Dielectric Resonator)형 BPF 제품들이 제안되고 있다. 한편 다양한 이동통신 및 무선통신 시스템의 기지국과 중계기에서 안테나 다음에 사용되는 대역통과여파기(BPF)는 매우 적은 삽입손실 특성과 저지대역 내에서의 급격한 감쇄특성이 요구된다. 이러한 기지국 및 중계기용 BPF 사양을 만족시키기 위하여 유전체 공진기를 이용한 BPF가 사용되고 있다.However, dielectric resonator type BPF products have been proposed in which a concentrated element type device cannot be used at a high frequency, particularly in a microwave band, and a dielectric is floated in a metal cavity. On the other hand, bandpass filters (BPFs) used after antennas in base stations and repeaters of various mobile communication and wireless communication systems require very low insertion loss characteristics and rapid attenuation in stopbands. BPFs using dielectric resonators have been used to satisfy the BPF specification for base stations and repeaters.
첨부된 특허문헌은 유전체 공진기와 이의 지지대 구조를 제시하고 있으며, 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The attached patent documents present a dielectric resonator and its support structure, which will be described in detail with reference to FIG. 1.
도시된 바와 같이, 유전체 지지구조를 채택한 유전체 공진기형 대역통과여파기(BPF)는 6폴(pole)형 BPF로서 직육면체의 Al 또는 듀랄루민 금속 내부에 6개의 정육면체 제1 내지 제6 캐비티(34a~34f)를 갖는 바디(21)를 구비하며, 각각의 캐비티(34a~34f)는 6개의 높은 무부하 품질계수를 갖는 제1 내지 제6 유전체(26a~26f)가 유전체 지지용 서포트에 의해 플로팅되어 6개의 유전체 공진기를 형성한다.As shown, a dielectric resonator type band pass filter (BPF) employing a dielectric support structure is a six-pole BPF, and six cube first to
각 유전체 공진기는 바디(21)의 바닥면에 Al 또는 듀랄루민 등으로 이루어진 금속제 지지볼트(25)를 사용하여 테프론, PE, 또는 렉설레이터(Rexolator) 등과 같이 저유전율의 손실이 작은 유전체로 이루어진 양쪽 너트(23)를 고정한다. 그 후 양쪽 너트(23)의 상단에 유전체(26a~26f)를 위치한 상태에서 상기 너트와 동일하게 저유전율의 저손실 재료로 이루어진 유전체 고정볼트(24a~24f)를 사용하여 유전체(26a~26f)를 관통하여 양쪽 너트(23)에 체결함에 의해 유전체(26a~26f)를 캐비티(34a~34f)의 중앙에 플로팅시킨다. 이 경우 인접한 캐비티와 캐비티 사이에는 신호를 전송하기 위한 윈도우(window)(w1~w5)가 형성되어 있다.Each dielectric resonator uses a
그리고, 바디(21)의 상부에 결합되는 커버(22)에는 유전체(26a~26f)와 대향한 위치에 황동 또는 인바로 이루어지며 선단부가 디스크 형상을 갖는 튜닝 스크류(27)가 너트(28)에 의해 고정되어 있다. 또한 바디(21)의 일측면에는 입력과 출력 콘넥터(30,31)가 배치되어 있고 각각은 접지 결합축(29)를 통하여 측면벽에 고정된 접지축(29a)에 연결되어 있다.In addition, the cover 22 coupled to the upper portion of the
상기한 금속제 지지볼트(25)를 사용하여 유전체를 부상시키기 위한 저유전율의 양쪽너트(23)를 Al과 같은 금속제 바디(21)의 바닥면(21a)에 고정시킴에 의해 양쪽너트(23)가 바디(21)와 구조적으로 안정되고 견고하게 고정될 수 있다. 즉, 지지볼트(25)와 바디(21)는 모두 금속제이므로 서로 안정된 결합관계를 지속적으로 유지할 수 있으며, 이러한 지지볼트(25)를 숫나사로 사용하고 일정한 두께를 갖는 원통형 양쪽너트(23)를 암나사로 사용하여 체결이 이루어지므로 양쪽너트(23)의 하부면과 바디(21) 사이에 견고한 결합이 이루어진다.Both
결국, 전술된 바와 같이 종래의 유전체 공진기는 유전체 고정볼트를 사용하여 유전체를 관통하여 양쪽 너트에 체결함에 의해 유전체를 캐비티의 중앙에 플로팅시키는 것으로, 캐비티 내에는 높은 무부하 품질계수를 갖는 유전체가 유전체 지지용 서포트에 의해 중심에 플로팅된 구조를 제공하고 있다. 이러한 구조로 제시될 수밖에 없는 이유는, 유전체와 유전체 지지용 서포트의 제조방법이 다르기 때문에, 유전체 및 유전체 지지용 서포트를 별도로 생산한 후, 이를 본딩 또는 체결하게 된다. 즉, 유전체(공진기 주파수 : 10GHz ~ 13GHz)의 소결 온도는 1300℃이나, 유전체 공진기의 지지대의 소결 온도는 1600℃이기 때문에, 유전체와 지지대 간의 서로 다른 공정에 의한 생산 후, 상호 결합을 위한 조립공정이 필연적이다. 따라서, 선행문헌에서와 같이 유전체와 유전체 지지용 서포트는 체결 공정이 가미될 수밖에 없어 생산 단가가 매우 높아지는 문제가 존재한다. 더욱이, 상기한 종래의 구조는 체결 구조에 의한 공진기의 특성이 악화되는 문제가 발생하기도 한다.
As a result, as described above, the conventional dielectric resonator floats the dielectric in the center of the cavity by penetrating the dielectric and fastening to both nuts using a dielectric fixing bolt, and the dielectric having a high no-load quality factor in the cavity is supported by the dielectric. It provides a structure floating in the center by the support. The reason why it can be presented as such a structure is that since the method of manufacturing the dielectric and the support for the dielectric is different, the dielectric and the support for the dielectric support are separately produced and then bonded or fastened. That is, since the sintering temperature of the dielectric (resonator frequency: 10 GHz to 13 GHz) is 1300 ° C, but the sintering temperature of the support of the dielectric resonator is 1600 ° C, the assembly process for mutual coupling after production by different processes between the dielectric and the support This is inevitable. Therefore, as in the prior literature, the support for the dielectric and the dielectric support has a problem that the manufacturing cost is very high because the fastening process is added. Moreover, the above-described conventional structure may cause a problem that the characteristics of the resonator due to the fastening structure are deteriorated.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 유전체 세라믹과 유전체 지지대의 소결온도를 동일하게 형성하도록 유전체 지지대의 조성물을 제시함으로써, 유전체 세라믹과 유전체 지지대를 저온 동시 소성(LTCC)이 가능함에 따라, 유전체 지지대의 후가공과 더불어, 이를 유전체 세라믹 하부에 접합하기 위한 열경화성 유전체 본딩 과정을 생략하여 유전체 지지대의 제조 단가를 격감시킬 수 있는 유전체 공진기의 유전체 지지대 및 이를 이용한 공진기 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to propose a composition of a dielectric support to form the same sintering temperature of the dielectric ceramic and the dielectric support, whereby the dielectric ceramic and the dielectric support are co-fired at low temperature. LTCC) is possible, in addition to the post-processing of the dielectric support, the dielectric support of the dielectric resonator to reduce the manufacturing cost of the dielectric support by eliminating the thermosetting dielectric bonding process for bonding it to the lower portion of the dielectric ceramic and a method of manufacturing the resonator using the same In providing.
본 발명의 다른 목적은, 유전체 지지대의 조성을 포르스테라이트(FORSTERITE) 조성물에 탄산바륨(BaCO3)과, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 CT-MT 조성물을 가미시켜 유전체 지지대를 성형한 후 1310℃에서 소결함으로써, 유전율(εr) 10 이하, 품질계수(Q*fO) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) +8 ppm/℃ 미만을 유지할 수 있는 유전체 공진기의 유전체 지지대 및 이를 이용한 공진기 제조방법을 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to add the composition of the dielectric support to the FORSTERITE composition by adding a CT-MT composition consisting of barium carbonate (BaCO3), calcium titanium oxide (CaTiO3) and magnesium titanium oxide (MgTiO3) After forming the dielectric support and sintering at 1310 ° C, the dielectric of dielectric resonator can maintain dielectric constant (εr) 10 or less, quality factor (Q * fO) 15000 or more, resonance frequency temperature coefficient (τf) +8 ppm / ° C or less. It is to provide a support and a resonator manufacturing method using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 유전체 지지대는, TE 모드 유전체 공진기의 유전체를 플로팅하기 위한 유전체 지지대에 있어서, 30wt% ~ 50wt% 포르스테라이트(Mg2SiO4)와, 9wt% ~ 11wt% 탄산바륨(BaCO3)과, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 40wt% ~ 60wt% CT-MT 조성물로 구성되며; 상기 CT-MT 조성물은 0.915CT(CaTiO3) + 0.085MT(MgTiO3)으로 이루어진 결정상으로 존재하고; 유전율(εr) 10 이하, 품질계수(Q*fO) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) +8 ppm/℃ 미만을 유지하는 것을 특징으로 한다.The dielectric support according to the first aspect of the present invention for achieving the above object, in the dielectric support for floating the dielectric of the TE mode dielectric resonator, 30wt% ~ 50wt% forsterite (Mg2SiO4) and 9wt% ~
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)는 50wt%이고, 상기 탄산바륨(BaCO3)은 10wt%이며, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 CT-MT는 50wt%이고; 상기 유전체 지지대는 전기로 내에서 1310℃ 3시간 내지 4시간 동안 유지하여 소결되는 것을 특징으로 한다.
In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the forsterite (FORSTERITE: Mg2SiO4) is 50wt%, the barium carbonate (BaCO3) is 10wt%, calcium titanium oxide (CaTiO3) and magnesium titanium oxide (MgTiO3) CT-MT) is 50wt%; The dielectric support is sintered by maintaining for 3 to 4 hours at 1310 ℃ in the electric furnace.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 유전체 지지대를 이용한 공진기 제조방법은, a) 유전체가 성형되는 단계; b) 상기 유전체 지지대가 성형되는 단계; 및 c) 상기 유전체 상측 면으로 상기 유전체 지지대가 안착된 후, 전기로 내에서 1310℃ 3시간 내지 4시간 동안 유지하여 소결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.On the other hand, the resonator manufacturing method using a dielectric support according to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a) a step of forming a dielectric; b) forming the dielectric support; And c) the dielectric support is seated on the upper surface of the dielectric, and then maintained in an electric furnace for 13 hours to 3 hours to 4 hours for sintering.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유전체 공진기는, 듀플렉서(Duplexer), DMB/DAB, 위성용 LNB, 오실레이터(Oscillator), 중계기, 밴드패스필터(BPF) 중 어느 하나의 주파수 공진기에 적용되며, 공진 주파수는 4GHz ~ 15GHz인 것을 특징으로 한다.
Dielectric resonator according to a preferred embodiment of the present invention, is applied to any one of the frequency resonator (Duplexer, DMB / DAB, satellite LNB, oscillator, repeater, bandpass filter (BPF), the resonance frequency is It is characterized in that 4GHz ~ 15GHz.
본 발명에서 제시하는 유전체 지지대 및 이를 이용한 공진기 제조방법은, 유전체 세라믹과 유전체 지지대의 소결온도를 동일하게 형성하도록 유전체 지지대의 조성물을 제시함으로써, 유전체 지지대의 절삭 및 연마공정에 따른 후가공을 포함하여, 유전체 지지대를 유전체 세라믹 하부에 접합하기 위한 열경화성 유전체 본딩 과정을 생략함에 따라 유전체 지지대의 제조 단가를 격감시킬 수 있는 효과를 갖는다.The dielectric support and the method of manufacturing the resonator using the same according to the present invention, including the post-processing according to the cutting and polishing process of the dielectric support by presenting the composition of the dielectric support to form the same sintering temperature of the dielectric ceramic and the dielectric support, Since the thermosetting dielectric bonding process for bonding the dielectric support to the lower portion of the dielectric ceramic is omitted, the manufacturing cost of the dielectric support can be reduced.
또한, 본 발명에서 제시하는 유전체 지지대의 조성을 포르스테라이트(FORSTERITE) 조성물에 탄산바륨(BaCO3)과, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 CT-MT 조성물을 가미시켜 유전체 지지대를 성형한 후 1310℃에서 소결함으로써, 유전체 지지대의 전기적 물성이 유전율(εr) 10 이하, 품질계수(Q*fO) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) +8 ppm/℃ 이하를 유지할 수 있는 효과를 제시한다.
In addition, the composition of the dielectric support according to the present invention is added to the FORSTERITE composition by adding a CT-MT composition composed of barium carbonate (BaCO 3), calcium titanium oxide (CaTiO 3) and magnesium titanium oxide (MgTiO 3). By forming the dielectric support and sintering at 1310 ° C., the electrical properties of the dielectric support are maintained at a dielectric constant (εr) of 10 or less, a quality factor (Q * fO) of 15000 or more, and a resonance frequency temperature coefficient (τf) of +8 ppm / ° C or less. Present the possible effects.
도 1은 종래 유전체 공진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유전체 공진기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유전체 지지대의 공진주파수 온도계수를 측정한 실험 데이터이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 CT-MT의 조성비에 따른 전기적 물성을 측정한 실험 데이터이다.1 is a view for explaining a conventional dielectric resonator.
2 is a perspective view showing a dielectric resonator according to the present invention.
3 is experimental data obtained by measuring the resonance frequency temperature coefficient of the dielectric support according to the present invention.
4 and 5 are experimental data measured electrical properties according to the composition ratio of the CT-MT according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에서 제시하는 공진기(Resonator)는 발진회로에서 고주파 성분을 만들어 무선의 캐리어 신호로 이용하기 위한 소자로써, TE Mode(Transverse electric mode) 즉, 전자파의 자계성분(H)을 유지하고 전계성분(E)을 배제하여 전기적 횡파를 형성하기 위한 것으로, 듀플렉서(Duplexer), DMB/DAB, 위성용 LNB, 오실레이터(Oscillator), 중계기, 밴드패스필터(BPF) 등에 사용된다.First, the resonator proposed in the present invention is an element for making a high frequency component in an oscillation circuit and using it as a wireless carrier signal. The TE mode (Transverse electric mode), that is, maintaining the magnetic field component (H) of electromagnetic waves and It is used to form electric shear waves by eliminating component (E), and is used in duplexers, DMB / DABs, satellite LNBs, oscillators, repeaters, and bandpass filters.
이러한 공진기는 유전체 공진기로써 도 2a, 도 2b에 도시된 바와 같이 유전체 공진기(200)는 원통 구조의 유전체(210)와 상기 유전체(210)의 하부에 접합되는 유전체 지지대(220)로 이루어진다. 상기 유전체 지지대(220)는 일단이 개방된 중공형 구조를 갖고, 타단에 결합공(221)을 포함하여 성형된다. 상기 결합공(221)은 하우징(미도시함) 내에 유전체 공진기가 설치될 때, 상기 결합공(221)을 이용하여 하우징과 유전체 공진기 간의 체결을 도모한다.The resonator is a dielectric resonator, and as shown in FIGS. 2A and 2B, the
상기 유전체 지지대(220)는 유전체(210)의 성형 후 소성 과정에서 동시에 소성되어 일체화된 구조를 갖는다. 즉, 유전체(210)와 유전체 지지대(220)가 각각으로 성형된 후, 상기 유전체(210)의 상부에 유전체 지지대(220)를 안착시켜 소결하는 것이다.The
이와 같은 소결 과정에서 상기 유전체 지지대(220)와 유전체(210) 간 융합이 이루어져 소결온도에 의한 접합이 이루어지는 것이다. 여기서, 소결 온도는 1310℃로서, 전기로에서 3시간 내지 4시간 동안 소성이 이루어지는데, 상기 유전체(210 : 4GHz ~ 15GHz)는 1200℃ 내지 1400℃, 바람직하게는 대략 1300℃에서 소성하고, 상기 유전체 지지대(220)는 1310℃의 전기로에서 3시간 내지 4시간 동안 소결한다. 따라서, 본 발명을 통해 상기 유전체(210)와 유전체 지지대(220)를 동시 소결할 수 있게 되는 것이다.In the sintering process as described above, the
한편, 상기 유전체(210)의 제조공정은 ZnO, Nb2O5 , TiO2 원료 분말을 1:1:2의 몰비로 칭량(稱量)한 후 볼밀링하여 밀링된 분말을 얻는다. 그리고, 상기 밀링된 분말을 하소하여 1차 하소분말을 얻은 후, 0.003~0.03의 몰로 SnO2 분말을 칭량하여 상기 1차 하소분말에 첨가한 후 다시 하소하여 2차 하소분말을 얻는다.In the manufacturing process of the dielectric 210, ZnO, Nb 2 O 5, and TiO 2 raw material powder are weighed in a molar ratio of 1: 1: 2, and then ball milled to obtain milled powder. Then, the milled powder is calcined to obtain a primary calcined powder, and then the SnO2 powder is weighed into a molar of 0.003 to 0.03, added to the primary calcined powder, and calcined again to obtain a secondary calcined powder.
이후, 상기 2차 하소분말에 저온 소결제를 첨가하고 볼밀링하여 혼합분말을 얻은 후 상기 혼합분말을 성형하여 성형체를 제조한다. 그리고, 상기 성형체를 1200℃ 내지 1400℃, 바람직하게는 대략 1300℃에서 소성하여 유전체(210)를 제조한다.Thereafter, a low temperature sintering agent is added to the secondary calcined powder and ball milled to obtain a mixed powder, followed by molding the mixed powder to prepare a molded body. In addition, the molded body is fired at 1200 ° C to 1400 ° C, preferably at about 1300 ° C to prepare the dielectric 210.
이러한 유전체(210)는 저온 소결제의 종류와 첨가량에 따라 소결에 따른 치밀화와 유전상수 및 공진주파수 온도계수가 변화하므로, 첨가되는 저온 소결제의 선택이 중요하며, 통상 ZnO, Nb2O5, TiO2 및 SnO2 원료 분말에 2wt% B2O3 - 2wt% CuO혼합물 또는 2wt% B2O3 - 2wt% ZnO혼합물을 저온 소결제로 첨가하여, 우수한 유전 상수와 품질계수 및 공진주파수 온도계수를 유도한다.Since the
이와 같이 유전체(210)가 조성되는 과정에서, 본 발명에 따른 유전체 지지대(220)가 성형되어 유전체(210)의 상측 면에 안착되는데, 유전체(210)를 1300℃에서 소성하기 전에 기 성형된 유전체 지지대(220)를 유전체(210)의 상측면에 안착시켜 유전체(210)의 소결온도에 가까운 1310℃에서 소결한다. 즉, 유전체(210)와 유전체 지지대(220)를 각각으로 성형한 후, 유전체 지지대(220)를 유전체(210) 상부에 안착시킨 후, 1310℃에서 3시간 내지 4시간 동안 소결하는 것이다.In the process of forming the dielectric 210 as described above, the
전술된 바와 같이 소결 과정에서, 상기 유전체 지지대(220)는 유전체(210) 상으로 고온에 의한 융합이 이루어져 유전체(210)와 유전체 지지대(220)가 일체형으로 소결된다.As described above, in the sintering process, the
본 발명에서 제시하는 상기 유전체 지지대(220)는 30wt% ~ 50wt% 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)에 9wt% ~ 11wt% 탄산바륨(BaCO3)과, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 40wt% ~ 60wt% CT-MT 조성물로 구성되며, 상기 CT-MT 조성물은 0.915CT(CaTiO3) + 0.085MT(MgTiO3)으로 이루어진 결정상으로 존재한다. 이와 같이 조성된 유전체 지지대(220)는 유전율(εr) 10 이하, 품질계수(Q*fO) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) +8 ppm/℃ 미만을 유지하게 된다.The
도 3은 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)에 혼합 조성되는 탄산바륨(BaCO3) 및 CT-MT 간 조성비율에 따른 공진주파수 온도계수(τf)를 나타낸 실험 데이터이다. 본 실험에서는 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)를 7wt% ~ 63wt% 를 유지하며, 탄산바륨(BaCO3)을 7wt% 내지 13wt%로 가변하고, 상기 CT-MT를 30wt% 내지 80wt%로 가변하였다.3 is experimental data showing the resonant frequency temperature coefficient (τf) according to the composition ratio between barium carbonate (BaCO3) and CT-MT mixed composition in FORSTERITE (Mg2SiO4). In this experiment, forsterite (FORSTERITE: Mg2SiO4) was maintained at 7wt% ~ 63wt%, barium carbonate (BaCO3) was varied from 7wt% to 13wt%, the CT-MT was varied from 30wt% to 80wt%.
여기서, 상기 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)는 소결 특성 및 내식성이 우수하고, 대상물에 대한 부착강도가 높기 때문에 공진주파수 온도계수(τf)에 실질적인 영향을 끼치지 않는다. 따라서, 실험의 목적은 조성 가능한 탄산바륨(BaCO3) 및 CT-MT의 범위 내에서 공진주파수 온도계수(τf)가 좋은 범위를 찾고자 함에 있다. 즉, 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)의 조성비에 관계없이 실험함으로써 적정 범위의 탄산바륨(BaCO3) 및 CT-MT 조성비를 찾고자 하는 것이다.Here, the FORSTERITE Mg 2 SiO 4 has excellent sintering characteristics and corrosion resistance, and has a high adhesion strength to an object, and thus does not substantially affect the resonance frequency temperature coefficient τf. Therefore, the purpose of the experiment is to find a good range of the resonant frequency temperature coefficient (τf) within the range of configurable barium carbonate (BaCO3) and CT-MT. That is, the experiment is to find the barium carbonate (BaCO3) and CT-MT composition ratio of the appropriate range by experimenting regardless of the composition ratio of FORSTERITE (Mg2SiO4).
실험은 각 조성물 당 10개의 시편을 사용하였으며 실험결과는 평균치로 소수점 이하 첫 자리만 기재하였다. 그리고, 전기로의 승온 범위는 120℃/h이고 1310℃ 시점에서 3시간 40분 동안 유지하였다. 전술한 바와 같이 CT-MT의 조성은 0.915CT(CaTiO3) + 0.085MT(MgTiO3)이다. 첨부와 같이 유전체 지지대(220)의 소결 후 측정된 공진주파수 온도계수(τf)는 탄산바륨(BaCO3)이 7wt% 및 13wt%에서 상기 CT-MT의 조성비에 관계없이 8ppm/℃를 넘었으며, CT-MT의 조성비가 50wt% 이상에서 탄산바륨(BaCO3)이 8wt% 및 12wt%일 경우 공진주파수 온도계수가 8ppm/℃를 넘었다.The experiment used 10 specimens for each composition, and the experimental results described only the first digit after the decimal point as an average value. The temperature rising range of the electric furnace was 120 ° C./h and maintained at 1310 ° C. for 3
또한, 실험 결과에서 인지되는 바와 같이 CT-MT가 80wt%일 경우 탄산 바륨(BaCO3)의 조성비에 관계없이 공진주파수 온도계수(τf)가 8ppm/℃를 넘었으며, CT-MT가 70wt%에서 탄산 바륨(BaCO3)의 조성비가 10wt%를 제외한 모든 시편에서 공진주파수 온도계수(τf)가 8ppm/℃를 넘었다. 그리고 상기 CT-MT가 30wt%에서는 공진주파수 온도계수(τf) 8ppm/℃를 넘는 시편이 많이 발견되었다.In addition, as can be seen from the experimental results, when the CT-MT is 80wt%, the resonance frequency temperature coefficient (τf) exceeds 8ppm / ° C regardless of the composition ratio of barium carbonate (BaCO3), and the carbonic acid is 70wt% at the CT-MT. Resonant frequency temperature coefficient (τf) exceeded 8 ppm / ° C in all specimens except 10 wt% of barium (BaCO3). At 30 wt% of the CT-MT, many specimens exceeding 8 ppm / ° C. of the resonant frequency temperature coefficient (τf) were found.
본 발명에서 제시하는 유전체 지지대(220)는 유전체(210)를 플로팅하기 위한 소재로서, 유전체(210)의 유전율 및 공진주파수에 대한 영향력을 최소화해야 하기 때문에, 유전체 지지대(220)의 공진주파수 온도계수(τf)는 최소화함이 바람직하다. 따라서, 본 실험에서와 같이 공진주파수 온도계수(τf)가 최소화되는 범위로서, 상기 탄산 바륨(BaCO3)의 조성비가 9wt% 내지 11wt%이고, 상기 CT-MT의 조성비가 40wt% 내지 60wt% 범위임을 인지하였다. 또한 이를 기반으로 상기 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)의 조성비는 30wt% 내지 50wt%가 적정함을 알 수 있었다.The
한편, 본 발명에 따른 유전체 지지대(220)는 인지되는 바와 같이 공진주파수 온도계수(τf)가 상기 탄산 바륨(BaCO3)의 조성비 10wt%, 상기 CT-MT의 조성비 50wt%에서 가장 낮게 측정됨에 따라, 바람직한 실시 예로 상정될 수 있을 것이다.On the other hand, the
또한, 상기 유전체 지지대(220)는 CT-MT 조성비 및 소결온도에 따른 전기적 물리적 특성이 변화하는데, 유전체 지지대(220)의 유전율과 품질계수가 중요한 파라메타로 작용하게 된다. 이는 상기 유전체 지지대(220)가 유전체(210)를 최대한 전기적으로 격리된 상태에서 플로팅하기 위한 지지체이기 때문으로, 상기 유전체 지지대(220)의 유전율은 10 이하가 적절하다. 또한, 유전체 지지대(220)의 품질계수는 15000 이상이어야만 물리적 안정성을 유지할 수 있게 된다.In addition, the
따라서, 상기 유전체 지지대(220)의 전기적 물리적 특성을 호전시키기 위한 소결온도가 정의되어야 하며, 본 발명자는 도 4 및 도 5의 실험 데이터를 기반으로 바람직한 소결온도를 인지할 수 있었다.Therefore, the sintering temperature for improving the electrical and physical properties of the
첨부된 실험 데이터는 네 종류의 CT-MT 조성물로 실험하였으며, 매 실험 시 10개의 시편을 사용하여 평균치를 산출하였다. 상기 CT-MT의 조성비는 'F1B45', 'F1B50', 'F1B55', 'F1B60'으로 정의하였으며, 'F1B45'는 CT-MT의 조성 함량이 45wt%로서 이때 탄산 바륨(BaCO3)은 10wt%이다. 또한, 'F1B50'은 CT-MT의 조성 함량이 50wt%이고, 'F1B55'는 CT-MT의 조성 함량이 55wt%이며, 'F1B60'은 CT-MT의 조성 함량이 60wt%를 나타내며, 각 실험 시 조성되는 탄산 바륨(BaCO3)은 10wt%이다.The attached experimental data were tested with four kinds of CT-MT compositions and averaged using 10 specimens in each experiment. The composition ratio of the CT-MT was defined as 'F1B45', 'F1B50', 'F1B55', and 'F1B60', and the 'F1B45' has a composition content of CT-MT of 45wt%, wherein barium carbonate (BaCO3) is 10wt%. . In addition, 'F1B50' is 50wt% of CT-MT, 'F1B55' is 55wt% of CT-MT, and 'F1B60' is 60wt% of CT-MT. Barium carbonate (BaCO 3) is 10 wt%.
본 실험에서의 소결 온도는 1300℃, 1310℃, 1325℃, 1335℃, 1350℃ 및 1360℃으로 분류하였으며, 전기로의 온도가 해당 온도에 도달할 때부터 3시간 20분 동안 소결하였다. 그리고, 각 소결온도에 따른 유전율 및 품질계수 그리고 공진주파수 온도계수를 측정하였다. 실험에 사용되는 유전체 지지대(220)는 직경(Φ)이 1.3cm 내지 1.4cm이고, 높이가 0.8cm 내지 0.9cm이다.The sintering temperature in this experiment was classified into 1300 ℃, 1310 ℃, 1325 ℃, 1335 ℃, 1350 ℃ and 1360 ℃, and sintered for 3 hours 20 minutes from when the temperature of the electric furnace reaches the temperature. The dielectric constant, quality factor and resonance frequency temperature coefficient of each sintering temperature were measured. The
실험 데이터에서 인지되는 바와 같이, F1B45 시편에서 소결온도가 1300℃일 경우 유전율(εr)은 10.2이고, 품질계수(Q*fo)는 21510, 그리고 공진주파수 온도계수(τf)는 7.4ppm/℃로 측정되었다. 또한, 동일한 시편에서 소결온도가 1310℃일 경우 유전율(εr)은 10으로 저하되었고, 품질계수(Q*fo)는 27360으로 증가하였으며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.4ppm/℃로 유지되었다.As can be seen from the experimental data, the dielectric constant (εr) is 10.2, the quality factor (Q * fo) is 21510, and the resonant frequency temperature coefficient (τf) is 7.4 ppm / ℃ when the sintering temperature is 1300 ℃ in F1B45 specimen. Was measured. In the same specimen, when the sintering temperature was 1310 ℃, the dielectric constant (εr) decreased to 10, the quality factor (Q * fo) increased to 27360, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was maintained at 7.4 ppm / ℃. .
또한, 동일한 시편에서 소결온도가 1325℃일 경우 유전율(εr)은 10.7이고, 품질계수(Q*fo)는 34820으로 매우 증가하였으며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.4ppm/℃로 유지하였다. 그리고, 동일한 시편에서 소결온도가 1335℃일 경우 유전율(εr)은 10.6이고, 품질계수(Q*fo)는 36000이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.4ppm/℃이다. 계속해서, 동일한 시편에서 소결온도가 1350℃일 경우 유전율(εr)은 10.8로 증가하였고, 품질계수(Q*fo)는 32650으로 저하되었으며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.6ppm/℃으로 증가하였다. 소결온도가 1360℃일 경우에는 유전율(εr) 10.8로 동일하고, 품질계수(Q*fo)는 31270으로 저하되었으며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.6ppm/℃을 유지하였다.In the same specimen, when the sintering temperature was 1325 ° C, the dielectric constant (εr) was 10.7, the quality factor (Q * fo) was increased to 34820, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was maintained at 7.4 ppm / ° C. In the same specimen, when the sintering temperature is 1335 ° C, the dielectric constant (εr) is 10.6, the quality factor (Q * fo) is 36000, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 7.4 ppm / ° C. On the same specimen, when the sintering temperature was 1350 ℃, the dielectric constant (εr) increased to 10.8, the quality factor (Q * fo) decreased to 32650, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) increased to 7.6ppm / ℃. It was. When the sintering temperature was 1360 ° C, the dielectric constant (εr) was the same as 10.8, the quality factor (Q * fo) was reduced to 31270, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was maintained at 7.6 ppm / ° C.
반면, F1B50 시편 즉 CT-MT의 조성비가 50wt%일 경우, 소결온도 1300℃에서 유전율(εr)은 9.5이고, 품질계수(Q*fo)는 18150이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃으로 측정되었다. 그리고, 소결온도 1310℃에서 유전율(εr)은 9.6이고, 품질계수(Q*fo)는 17370이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃으로 측정되었다. 소결온도 1325℃에서 유전율(εr)은 10.7, 품질계수(Q*fo)는 28520이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃으로 유지되었고, 소결온도 1335℃에서 유전율(εr)은 10.8, 품질계수(Q*fo) 27180이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃으로 측정되었다.On the other hand, when the composition ratio of F1B50 specimen, that is, CT-MT is 50wt%, the dielectric constant (εr) is 9.5, the quality factor (Q * fo) is 18150, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 7.3ppm at the sintering temperature of 1300 ° C. It was measured at / ° C. At the sintering temperature of 1310 ° C., the dielectric constant ε r was 9.6, the quality factor Q * fo was 17370, and the resonance frequency temperature coefficient τ f was measured to be 7.3 ppm / ° C. At
또한, CT-MT의 조성비가 50wt%인 F1B50 시편에서 소결온도 1350℃일 경우, 유전율(εr)은 11.7, 품질계수(Q*fo)는 31360이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃이고, 소결온도 1360℃에서 유전율(εr)은 11.4, 품질계수(Q*fo) 28490이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.3ppm/℃이다.In addition, when the composition ratio of CT-MT is 50wt%, F1B50 specimen has a sintering temperature of 1350 ° C, the dielectric constant (εr) is 11.7, the quality factor (Q * fo) is 31360, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 7.3 ppm / The dielectric constant (εr) is 11.4, the quality factor (Q * fo) 28490 at the sintering temperature of 1360 ° C, and the resonant frequency temperature coefficient (τf) is 7.3 ppm / ° C.
동일한 실험조건을 토대로 F1B55 시편에서는, 소결온도가 1300℃일 경우 유전율(εr)은 9.1로 측정되었고, 품질계수(Q*fo)는 20370이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7ppm/℃로 측정되었다. 그리고, 소결온도 1310℃에서 유전율(εr)은 9.2이고, 품질계수(Q*fo)는 17470이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7ppm/℃로 유지되었다. 또한 소결온도 1325℃에서 유전율(εr)은 10.6, 품질계수(Q*fo)는 24637이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7ppm/℃이다. 그리고, 소결온도 1335℃에서 유전율(εr)은 10.8, 품질계수(Q*fo)는 25590이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7ppm/℃로 측정되었다. 상기한 F1B55 시편에서, 소결온도가 1350℃일 경우 유전율(εr)은 11.4이고, 이때 품질계수(Q*fo)는 28180이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 7.1ppm/℃이다. 그리고, 소결온도 1360℃에서 유전율(εr)은 11.8, 품질계수(Q*fo) 21670, 공진주파수 온도계수(τf) 7.1ppm/℃로 측정되었다.Based on the same experimental conditions, in the F1B55 specimen, when the sintering temperature is 1300 ℃, the dielectric constant (εr) was measured as 9.1, the quality factor (Q * fo) was 20370, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was measured as 7ppm / ℃. It became. At the sintering temperature of 1310 ° C., the dielectric constant epsilon r was 9.2, the quality factor Q * fo was 17470, and the resonance frequency temperature coefficient f was maintained at 7 ppm / ° C. At the sintering temperature of 1325 ° C, the dielectric constant (εr) is 10.6, the quality factor (Q * fo) is 24637, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 7 ppm / ° C. At the sintering temperature of 1335 ° C, the dielectric constant (εr) was 10.8, the quality factor (Q * fo) was 25590, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was measured to be 7 ppm / ° C. In the F1B55 specimen, when the sintering temperature is 1350 ° C, the dielectric constant (εr) is 11.4, wherein the quality factor (Q * fo) is 28180, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 7.1 ppm / ° C. At the sintering temperature of 1360 ° C., the dielectric constant (εr) was measured as 11.8, quality factor (Q * fo) 21670, and resonance frequency temperature coefficient (τf) of 7.1 ppm / ° C.
마지막으로 F1B55 시편에서는, 소결온도가 1300℃일 경우 유전율(εr)은 7.6으로 매우 저하되었으며, 이때 품질계수(Q*fo)는 16590으로 저하되었고, 공진주파수 온도계수(τf)는 6.9ppm/℃로 측정되어 모든 파마메터의 결과가 저하됨을 인지할 수 있었다.Finally, in the F1B55 specimen, when the sintering temperature is 1300 ℃, the dielectric constant (εr) is very low to 7.6. At this time, the quality factor (Q * fo) is reduced to 16590, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 6.9ppm / ℃. It can be seen that the results of all parameters are deteriorated.
그리고, 해당 시편의 소결온도가 1310℃에서 유전율(εr)은 7.7이고, 품질계수(Q*fo)는 15370이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 6.9ppm/℃이다. 또한 소결온도 1325℃에서 유전율(εr)은 9.2, 품질계수(Q*fo)는 21210이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 6.9ppm/℃이다. 그리고, 소결온도 1335℃에서 유전율(εr)은 9.1, 품질계수(Q*fo)는 21810이며, 공진주파수 온도계수(τf)는 6.9ppm/℃로 측정되었다. 상기한 F1B60 시편에서, 소결온도가 1350℃일 경우 유전율(εr)은 11.7로 증가하였고, 이때 품질계수(Q*fo)는 23450으로 증가하였으며, 공진주파수 온도계수(τf) 또한 7.1ppm/℃로 증가하였다. 그리고, 소결온도 1360℃에서 유전율(εr)은 11.6, 품질계수(Q*fo) 35000, 공진주파수 온도계수(τf) 7.1ppm/℃로 측정되었다.At a sintering temperature of 1310 ° C., the dielectric constant ε r is 7.7, the quality factor Q * fo is 15370, and the resonant frequency temperature coefficient τ f is 6.9 ppm / ° C. At the sintering temperature of 1325 ° C, the dielectric constant (εr) is 9.2, the quality factor (Q * fo) is 21210, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) is 6.9 ppm / ° C. At the sintering temperature of 1335 ° C, the dielectric constant (εr) was 9.1, the quality factor (Q * fo) was 21810, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was measured at 6.9 ppm / ° C. In the F1B60 specimen, the dielectric constant (εr) increased to 11.7 when the sintering temperature was 1350 ° C, and the quality factor (Q * fo) increased to 23450, and the resonance frequency temperature coefficient (τf) was also 7.1 ppm / ° C. Increased. At the sintering temperature of 1360 ° C., the dielectric constant (εr) was measured as 11.6, quality factor (Q * fo) 35000, and resonance frequency temperature coefficient (τf) of 7.1 ppm / ° C.
전술한 실험 데이터를 토대로 유전율(εr)이 10이하, 품질계수(Q*fo) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) 8ppm/℃ 이하 조건을 만족하는 소결온도는 1310℃임을 알 수 있었으며, 해당 소결온도에서 모든 시편이 전기적 물성을 만족하였다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 유전체 지지대(220)는 CT-MT의 조성 함량이 40wt% 내지 60wt%, 탄산 바륨(BaCO3)은 9wt% 내지 11wt%로서, 이때의 소결온도는 1310℃가 적절함을 알 수 있었다.
Based on the above experimental data, it was found that the sintering temperature satisfying the condition of permittivity (εr) of 10 or less, quality factor (Q * fo) of 15000 or more and resonance frequency temperature coefficient (τf) of 8ppm / ℃ or less was 1310 ° C. At the sintering temperature, all specimens satisfied the electrical properties. Therefore, the
200 : 유전체 공진기 210 : 유전체
220 : 유전체 지지대 221 : 결합공200: dielectric resonator 210: dielectric
220: dielectric support 221: coupling hole
Claims (7)
30wt% ~ 50wt% 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)와, 9wt% ~ 11wt% 탄산바륨(BaCO3)과, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 40wt% ~ 60wt% CT-MT 조성물로 구성되며;
상기 CT-MT 조성물은 0.915CT(CaTiO3) + 0.085MT(MgTiO3)으로 이루어진 결정상으로 존재하고;
유전율(εr) 10 이하, 품질계수(Q*fO) 15000 이상, 공진주파수 온도계수(τf) +8 ppm/℃ 미만을 유지하며;
상기 포르스테라이트(FORSTERITE : Mg2SiO4)는 50wt%이고, 상기 탄산바륨(BaCO3)은 10wt%이며, 칼슘티타늄 옥시드(CaTiO3) 및 마그네슘 티타늄 옥시드(MgTiO3)로 이루어진 CT-MT는 50wt%인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대.
A dielectric support for floating a dielectric of a TE mode dielectric resonator,
40wt% ~ 60wt% CT consisting of 30wt% ~ 50wt% forsterite (Mg2SiO4), 9wt% ~ 11wt% barium carbonate (BaCO3), calcium titanium oxide (CaTiO3) and magnesium titanium oxide (MgTiO3) -MT composition;
The CT-MT composition is present in a crystalline phase consisting of 0.915CT (CaTiO3) + 0.085MT (MgTiO3);
Dielectric constant (εr) of 10 or less, quality factor (Q * fO) of 15000 or more, resonant frequency temperature coefficient (τf) of less than +8 ppm / ° C;
The FORSTERITE (Mg2SiO4) is 50wt%, the barium carbonate (BaCO3) is 10wt%, CT-MT consisting of calcium titanium oxide (CaTiO3) and magnesium titanium oxide (MgTiO3) is 50wt% A dielectric support for a dielectric resonator.
상기 유전체 지지대는 전기로 내에서 1310℃ 3시간 내지 4시간 동안 유지하여 소결되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대.The method of claim 1,
The dielectric support is a dielectric support of a dielectric resonator, characterized in that the sintered by holding for 3 to 4 hours at 1310 ℃ in the electric furnace.
상기 유전체는 듀플렉서(Duplexer), DMB/DAB, 위성용 LNB, 오실레이터(Oscillator), 중계기, 밴드패스필터(BPF) 중 어느 하나의 주파수 공진기에 적용되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대.The method of claim 1,
The dielectric is a dielectric support of a dielectric resonator, characterized in that applied to any one of the frequency resonator (Duplexer, DMB / DAB, satellite LNB, oscillator, repeater, bandpass filter (BPF).
상기 주파수는 4GHz ~ 15GHz인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대.The method of claim 4, wherein
The frequency support is a dielectric support of the dielectric resonator, characterized in that 4GHz ~ 15GHz.
a) 유전체가 성형되는 단계;
b) 상기 유전체 지지대가 성형되는 단계; 및
c) 상기 유전체 상측 면으로 상기 유전체 지지대가 안착된 후, 전기로 내에서 1310℃ 3시간 내지 4시간 동안 유지하여 소결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대를 이용한 공진기 제조방법.In the method of manufacturing a dielectric resonator using the dielectric support according to claim 1,
a) forming a dielectric;
b) forming the dielectric support; And
c) a method of manufacturing a resonator using a dielectric support of a dielectric resonator, characterized in that the dielectric support is seated on the upper surface of the dielectric, and then maintained in an electric furnace for 3 to 4 hours at 1310 ° C.
상기 유전체 공진기는 듀플렉서(Duplexer), DMB/DAB, 위성용 LNB, 오실레이터(Oscillator), 중계기, 밴드패스필터(BPF) 중 어느 하나의 주파수 공진기에 적용되며, 공진 주파수는 4GHz ~ 15GHz인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기의 유전체 지지대를 이용한 공진기 제조방법.
The method according to claim 6,
The dielectric resonator is applied to any one of a frequency resonator among a duplexer, a DMB / DAB, a satellite LNB, an oscillator, a repeater, and a band pass filter (BPF), and the resonant frequency is 4 GHz to 15 GHz. Resonator manufacturing method using dielectric support of dielectric resonator.
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