介质陶瓷、介质全填充滤波器及其应用的制作方法

本发明涉及微波无源产品领域，特别提供了一种介质陶瓷、介质全填充滤波器及其应用。

背景技术：

随着卫星测控跟踪技术不断发展，对uhf频段星载无源器件要求越来越高，特别是在小型化、轻量化、高可靠性以及抗低气压放电能力方面要求越是迫切。目前常规的腔体滤波器由于体积大、质量重和功率受限等因素已经逐步不能满足要求，介质滤波器因具有体积小、重量轻和功率容量大等特点，满足卫星测控跟踪技术发展趋势。

现有介质滤波器通常包括壳体和位于所述壳体内的介质陶瓷，所述介质陶瓷上设有贯穿上表面和下表面的多个通孔，所述介质陶瓷除上表面之外的其他表面均设有银镀层，所述通孔内壁也设有银镀层，所述介质陶瓷上表面上在所述通孔四周设有部分银镀层，以形成谐振结构，所述介质陶瓷位于所述壳体内，由于上表面银镀层不完整，所述介质陶瓷的上表面与所述壳体的上盖板之间具有空隙，所述介质陶瓷的其他表面均与所述壳体贴紧。

卫星从发射到入轨或者从在轨到返回会经历低气压状态，在低气压阶段，现有介质滤波器由于上表面与盖板之间存在空气层，位于上表面的银镀层与盖板之间存在电磁场，产生放电现象，导致滤波器功率阈值迅速下降。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种介质陶瓷、介质全填充滤波器及其应用，该介质陶瓷与外部壳体可实现紧密贴合，避免了由于外壁银镀层不完整导致的空气层的存在，确保滤波器功率阈值稳定。

本发明的技术解决方案是：

一种用于滤波器的介质陶瓷，设有多个谐振孔和两个连接孔，多个所述谐振孔平行设置且均贯穿所述介质陶瓷，所述连接孔的轴线垂直于所述谐振孔的轴线，所述谐振孔为二级台阶孔，且大孔径段及台阶面处设有银镀层，其中一个所述连接孔与位于所述介质陶瓷第一端的所述谐振孔的大孔段连通，另一个所述连接孔与位于所述介质陶瓷第二端的所述谐振孔的大孔段连通，所述连接孔用于与外部线缆或连接接头连接，所述介质陶瓷的外表面均设有银镀层。

在一可选实施例中，所述连接孔为三级台阶孔，且孔径最大段和孔径最小段设有银镀层，所述连接孔的孔径最大段用于与所述外部线缆的外导体连接，所述连接孔的孔径最小段用于与所述外部线缆的内导体连接，所述连接孔的中部用于与所述外部线缆的绝缘层连接。

在一可选实施例中，所述谐振孔内填充相对介电常数≤5的介质材料。

在一可选实施例中，设有三个所述连接孔和n个所述谐振孔，n为≥5的奇数，所述介质陶瓷为u型块状结构，所述n个谐振孔以所述介质陶瓷的中轴线为对称轴分布，其中一个所述连接孔与位于所述介质陶瓷底端中部的所述谐振孔的大孔段连通，另外两个所述连接孔分别位于所述介质陶瓷开口端相对的两侧壁上，且各与一个位于所述开口端的谐振孔的大孔段连通，位于所述介质陶瓷的中轴线一侧的多个所述谐振孔形成第一谐振结构，位于所述介质陶瓷的中轴线另一侧的多个所述谐振孔形成第二谐振结构，所述第一谐振结构和第二谐振结构谐振通带不同。

在一可选实施例中，还设有与所述u型块状结构一体成型的连接部，所述连接部位于所述u型块状结构的开口端，使所述介质陶瓷形成回字型块状结构，所述连接部设有多个表面镀银的屏蔽孔，所述屏蔽孔与所述连接孔延伸方向一致且贯穿所述连接部，多个所述屏蔽孔沿所述谐振孔延伸方向均布。

在一可选实施例中，所述连接部设有多列所述屏蔽孔，每列中的多个所述屏蔽孔沿所述谐振孔延伸方向均布，相邻两列所述屏蔽孔错位设置。

在一可选实施例中，所述屏蔽孔的孔径为1.2～2.4mm，相邻两个所述屏蔽孔的中心距离为3.6～4.4mm。

在一可选实施例中，所述银镀层厚度均为[2*6.4/sqrt(f)]±2,单位为um，f为通带最低频点，单位为ghz。

一种介质全填充滤波器，包括壳体和位于所述壳体内的介质陶瓷，所述介质陶瓷由权利要求1～8任一项提供，所述介质陶瓷外壁与所述壳体内壁之间无间隙。

在一可选实施例中，所述的介质全填充滤波器，还包括线缆，所述线缆由内导体、绝缘层和内导体嵌套形成，且端头为三级台阶柱状结构，所述内导体为所述三级台阶柱状结构的最小直径段，所述绝缘层为所述三级台阶柱状结构的中段，所述连接孔为三级台阶孔，且孔径最大段和孔径最小段设有银镀层，所述连接孔的孔径最大段用于与所述线缆的外导体连接，所述连接孔的孔径最小段用于与所述线缆的内导体连接，所述连接孔的中部用于与所述线缆的绝缘层连接。

在一可选实施例中，所述的介质全填充滤波器包括第一线缆、第二线缆和公共端线缆，所述介质陶瓷设有第一连接孔、第二连接孔、第三连接孔和n个所述谐振孔，n为≥5的奇数，所述介质陶瓷为u型块状结构，所述n个谐振孔以所述介质陶瓷的中轴线为对称轴分布，其中所述第一连接孔与位于所述介质陶瓷底端中部的所述谐振孔的大孔段连通，所述第二连接孔和第三连接孔分别位于所述介质陶瓷开口端相对的两侧壁上，且各与一个位于所述开口端的谐振孔的大孔段连通，位于所述介质陶瓷的中轴线一侧的多个所述谐振孔形成第一谐振结构，位于所述介质陶瓷的中轴线另一侧的多个所述谐振孔形成第二谐振结构，所述第一谐振结构和第二谐振结构谐振通带不同，所述公共端线缆与所述第一连接孔连接，所述第一线缆与所述第二连接孔连接，所述第二线缆与所述第三连接孔连接。

在一可选实施例中，所述壳体包括本体、底板和侧板，所述本体为下底和侧板开口的盒状结构，且容腔内设有隔板，所述介质陶瓷位于所述本体内，所述隔板填充所述介质陶瓷的中空部位，所述底板和侧板均通过紧固件与所述本体固定。

在一可选实施例中，所述壳体还包括固定在所述本体上的第一固定板和第二固定板，所述第一固定板对应所述介质陶瓷底端，所述第二固定板对应所述介质陶瓷开口端，所述第一固定板上固定有公共端接头，所述公共端接头与所述公共端线缆固定连接，用于接收上行信号或发送经滤波后的下行信号，所述第二固定板上并排固定有第一接头和第二接头，所述第一接头与所述第一线缆固定连接，用于发送经滤波的所述上行信号，所述第二接头用于与所述第二线缆连接，用于接收所述下行信号。

上述介质全填充滤波器在vhf和uhf频段的应用。

本发明与现有技术相比的有益效果包括：

本发明实施例提供的用于uhf频段介质全填充滤波器的介质陶瓷，通过将谐振孔设置成二级台阶结构，通过在大孔段设置银镀层使大孔段与介质陶瓷形成短路端，通过谐振孔的小孔段形成开路端，从而使整个介质陶瓷构成谐振结构，当uhf频段信号从一连接孔进入后，经谐振结构后，与谐振结构频率相同的信号经过滤波器输出，不同的信号发射，从而实现滤波，由于该介质陶瓷表面均设有银镀层，当与外部壳体装配时可实现紧密贴合，避免了由于外壁银镀层不完整导致的空气层的存在，确保滤波器功率阈值稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种介质全填充滤波器的介质陶瓷结构示意图；

图2为本发明实施例提供的谐振孔结构示意图；

图3为本发明实施例提供的连接孔结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种介质全填充滤波器的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种介质全填充滤波器的介质陶瓷1，所述介质陶瓷1设有多个谐振孔2和两个连接孔3，多个所述谐振孔2平行设置且均贯穿所述介质陶瓷1，所述连接孔3的轴线垂直于所述谐振孔2的轴线，如图2所示，所述谐振孔2为二级台阶孔，且大孔径段及台阶面处设有银镀层21，如图1所示，其中一个所述连接孔3与位于所述介质陶瓷1前端的所述谐振孔2的大孔段连通，另一个所述连接孔3(图1中未示出)与位于所述介质陶瓷1后端的所述谐振孔2的大孔段连通，所述连接孔3用于与外部线缆或连接接头连接，所述介质陶瓷1的外表面均设有银镀层，所述谐振孔2内填充有相对介电常数≤5的介质材料，优选灌注环氧树脂或填充聚四氟乙烯棒。

具体地，本发明实施例中，各谐振孔中银镀层的厚度、大孔段的直径和高度以及小孔段的直径和高度可以相同也可以不同，具体可以根据谐振频点要求，通过hfss、cst等电磁软件仿真得到理论尺寸，后续滤波器调试通过打磨台阶孔镀银高度或者打磨台阶孔小孔内介质来实现频率调节，本发明不作限定；所述连接接头可以为sma连接器、tnc连接器或绝缘子连接器等，连接孔的结构可以根据具体连接接头结构设计。

本发明实施例提供的用于uhf频段介质全填充滤波器的介质陶瓷，通过将谐振孔设置成二级台阶结构，通过在大孔段设置银镀层使大孔段与介质陶瓷形成短路端，通过谐振孔的小孔段形成开路端，从而使整个介质陶瓷构成谐振结构，当uhf频段信号从一连接孔进入后，经谐振结构后，与谐振结构频率相同的信号经过滤波器输出，不同的信号发射，从而实现滤波，由于该介质陶瓷表面均设有银镀层，当与外部壳体装配时可实现紧密贴合，避免了由于外壁银镀层不完整导致的空气层的存在，确保滤波器功率阈值稳定。

进一步地，当谐振孔内注非导电胶时由于谐振孔内填注有非导电胶，确保谐振孔内无气体存在，进一步避免了放电现象的发生。

如图3所示，所述连接孔3为三级台阶孔，且孔径最大段设有和孔径最小段设有银镀层，所述连接孔3的孔径最大段用于与所述外部线缆的外导体连接，所述连接孔3的孔径最小段用于与所述外部线缆的内导体连接，所述连接孔3的中部用于与所述外部线缆的绝缘层连接。具体地，本发明实施例中，银镀层优选通过焊接方式与外部线缆的导体连接；通过将连接孔设置成三级台阶结构，当相应的外部线缆也涉及成三级台阶结构时，既能实现与介质陶瓷的有效连接，又能进一步排出连接孔内空气，进一步避免了由于空气存在导致的放电问题。

在一可选实施例中，所述的介质陶瓷1设有三个所述连接孔3和n个所述谐振孔2，n为≥5的奇数，所述介质陶瓷1为u型块状结构，所述n个谐振孔2以所述介质陶瓷1的中轴线为对称轴分布，其中一个所述连接孔3与位于所述介质陶瓷1底端中部的所述谐振孔2的大孔段连通，另外两个所述连接孔3分别位于所述介质陶瓷1开口端相对的两侧壁上，且各与一个位于所述开口端的谐振孔2的大孔段连通，位于所述介质陶瓷1的中轴线一侧的多个所述谐振孔2形成第一谐振结构，位于所述介质陶瓷1的中轴线另一侧的多个所述谐振孔2形成第二谐振结构，所述第一谐振结构和第二谐振结构谐振通带不同。该结构的介质陶瓷可以实现收发双工器功能。

进一步地，如图1所示，所述的介质陶瓷1还设有与所述u型块状结构一体成型的连接部12，所述连接部12位于所述u型块状结构的开口端，使所述介质陶瓷1形成回字型块状结构，所述连接部12设有多个表面镀银的屏蔽孔121，所述屏蔽孔121与所述连接孔3延伸方向一致且贯穿所述连接部12，多个所述屏蔽孔121沿所述谐振孔2延伸方向均布。通过设置一体成型的连接部，并在连接部上设置屏蔽孔，既能避免陶瓷烧结时由于形状不规则导致的变形问题，又能确保连接口之间良好的隔离特性。

如图1所示，进一步地，所述连接部12设有多列所述屏蔽孔121，每列中的多个所述屏蔽孔121沿所述谐振孔2延伸方向均布，相邻两列所述屏蔽孔121错位设置。通过设置多列屏蔽孔，并将相邻的两列屏蔽孔错位设置，此设置保证上行信号与下行信号相互隔离大于100db。

具体地，所述屏蔽孔可以为圆形、六边形、正方向等，优选圆形，所述屏蔽孔的孔径优选1.2～2.4mm，相邻两个所述屏蔽孔的中心距离(心心距)优选3.6～4.4mm。

具体地，本发明实施例中，谐振孔内银镀层、介质陶瓷表面银镀层及屏蔽孔内银镀层的厚度优选相同，更优选厚度等于[2*6.4/sqrt(f)]±2,单位为um，f为通带最低频点，单位为ghz。当大功率信号经过产品时，此镀银层厚度确保单腔q值为700以上，从而使本实施例中通带中心插损小于1.5db。

如图4所示，本发明实施例提供了一种uhf频段介质全填充滤波器，包括壳体4和位于所述壳体4内的介质陶瓷1，所述介质陶瓷1由上述介质陶瓷实施例提供，所述介质陶瓷1外壁与所述壳体内壁之间无间隙。

进一步地，所述的uhf频段介质全填充滤波器还包括线缆，所述线缆由内导体、绝缘层和内导体嵌套形成，且端头为三级台阶柱状结构，所述内导体为所述三级台阶柱状结构的最小直径段，所述绝缘层为所述三级台阶柱状结构的中段，所述连接孔3为三级台阶孔，且孔径最大段和孔径最小段设有银镀层，所述连接孔3的孔径最大段用于与所述线缆的外导体连接，所述连接孔3的孔径最小段用于与所述线缆的内导体连接，所述连接孔3的中部用于与所述线缆的绝缘层连接。该连接结构既能实现与介质陶瓷的有效连接，又能进一步排出连接孔内空气，进一步避免了由于空气存在导致的放电问题。

具体地，所述的uhf频段介质全填充滤波器，其特征在于，包括第一线缆51、第二线缆52和公共端线缆，所述介质陶瓷1设有三个连接孔3(第一连接孔、第二连接孔、第三连接孔)和n个所述谐振孔2，n为≥5的奇数，所述介质陶瓷1为u型块状结构，所述n个谐振孔2以所述介质陶瓷1的中轴线为对称轴分布，其中所述第一连接孔与位于所述介质陶瓷1底端中部的所述谐振孔2的大孔段连通，所述第二连接孔和第三连接孔分别位于所述介质陶瓷1开口端相对的两侧壁上，且各与一个位于所述开口端的谐振孔2的大孔段连通，位于所述介质陶瓷1的中轴线一侧的多个所述谐振孔2形成第一谐振结构，位于所述介质陶瓷1的中轴线另一侧的多个所述谐振孔2形成第二谐振结构，所述第一谐振结构和第二谐振结构谐振通带不同，所述公共端线缆(图中未示出)与所述第一连接孔连接，所述第一线缆51与所述第二连接孔连接，所述第二线缆52与所述第三连接孔连接。

如图4所示，所述壳体4包括本体41、底板和侧板43，所述本体41为下底和侧板开口的盒状结构，且容腔内设有隔板，所述介质陶瓷1位于所述本体内，所述隔板填充所述介质陶瓷1的中空部位，所述底板和侧板均通过紧固件与所述本体固定，。壳体4为金属材质，优选铝。该壳体结构既能保证介质陶瓷的散热，又能实现良好的电磁屏蔽。

如图4所示，进一步地，所述壳体4还包括固定在所述本体上的第一固定板44和第二固定板45，所述第一固定板44对应所述介质陶瓷1底端，所述第二固定板45对应所述介质陶瓷1开口端，所述第一固定板44上固定有公共端接头，所述公共端接头与所述公共端线缆固定连接，用于接收上行信号或发送经滤波后的下行信号，所述第二固定板上并排固定有第一接头和第二接头，所述第一接头与所述第一线缆固定连接，用于发送经滤波的所述上行信号，所述第二接头用于与所述第二线缆连接，用于接收所述下行信号。

本发明还提供了上述介质全填充滤波器在vhf和uhf频段的应用。本发明提供的介质全填充滤波器能够有效解决卫星测控跟踪技术大功率器件低气压问题，而且形式简单、易加工，便于调试，对于vhf和uhf频段具有小型化、轻量化等特点。本发明所述结构既可以作为单独的滤波器使用，也可以应用于多工器设计中。

以下为本发明的一个具体实施例：

如图4所示，本实施例提供了一种uhf频段介质全填充滤波器，包括壳体4和位于所述壳体4内的介质陶瓷1，其中介质陶瓷1为相对介电常数为78±2的陶瓷材料，且设有三个所述连接孔3和33个所述谐振孔2，所述介质陶瓷1为由四个高度h均为20mm的侧壁围成的回字型块状结构，位于左右两侧的侧壁厚度a为15.2mm，上侧壁厚度b为15.2mm，下侧壁厚度e为3mm，所述33谐振孔2以所述介质陶瓷1的中轴线为对称轴分布，其中5个所述谐振孔2位于陶瓷介质1的上侧壁上，其余18个所述谐振孔2分两排分别设置在介质陶瓷1的左右两侧的壁上，其中一个所述连接孔3与5个所述谐振孔2中的位于中间的所述谐振孔2的大孔段连通，另外两个所述连接孔3分别位于所述介质陶瓷1的左右两侧壁上，且各与一个位于所述开口端的谐振孔2的大孔段连通，位于所述介质陶瓷1的中轴线左侧的多个所述谐振孔2形成第一谐振结构，通带为403±5mhz，位于所述介质陶瓷1的中轴线右侧的多个所述谐振孔2形成第二谐振结构，通带为45±6mhz，所述介质陶瓷1的下侧壁为连接部，所述连接部上设有14个屏蔽孔121，屏蔽孔121的孔径d为1.8mm，14个屏蔽孔121分成三列，位于两侧的两列各包含5个所述屏蔽孔121，各列中的多个所述屏蔽孔121等间距设置，且相邻两列错位设置，三列间距相等，此设置保证上行信号与下行信号相互隔离为106db。本实施例中银镀层厚度均为20um。

如图4所示，所述壳体4包括本体41、底板42、侧板43、第一固定板44和第二固定板45，所述本体41为下底和侧板开口的盒状结构，且容腔内设有隔板，所述介质陶瓷1位于所述本体内，所述隔板填充所述介质陶瓷1的中空部位，所述底板和侧板均通过紧固件与所述本体固定。壳体4为铝材质。所述第一固定板44对应所述介质陶瓷1上侧壁处，所述第二固定板45对应所述介质陶瓷1下侧壁处，所述第一固定板44上固定有公共端接头，所述公共端接头与所述公共端线缆固定连接，所述第二固定板45上并排固定有第一接头和第二接头，所述第一接头与所述第一线缆固定连接，所述第二接头用于与所述第二接头连接。

当天线接收到上行信号时，信号从公共端接头进入uhf频段介质全填充滤波器经接收通道(图中左侧通道)时对445±6mhz信号进行抑制，使403±5mhz信号从第一接头发出；下行信号经第二接头进入经发射通道(图中右侧通道)时对403±5mhz信号进行抑制，使445±6mhz信号由公共端接头输出至天线发出。

本实施例提供的uhf频段介质全填充双工器已通过低气压试验验证，试验在真空罐中进行，模拟卫星发射及返回过程，环境气压从标准大气压1.01*10⁵pa先降至1.3pa后再升至标准大气压，反复三次，试验过程中从发射端口输入功率，试验功率输入45w连续波时，产品未发生发电现象，产品满足现有卫星通信技术要求。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。