一种低气压大功率阈值的介质滤波器的制造方法
【专利摘要】一种低气压大功率阈值的介质滤波器，包括滤波器腔体、上盖板压、紧力调节螺钉、上盖板、金属压块、薄盖板、介质谐振器、频率调谐螺钉、定位介质块、焊接杆、接头、紧固螺钉；本发明设计了压力调节螺钉-上盖板-金属压块-薄盖板的调节结构，将介质谐振器放置在腔体限位坑和薄盖板之间，通过调整压力调谐螺钉，使介质谐振器、薄盖板和腔体在不同温度、力学和真空环境下有良好的接触，保证了TM01模介质滤波器工作性能在不同环境下的可靠性和稳定性；并采用定位介质块和介质调谐螺钉相结合方式，微扰介质谐振器中的电磁场，相比金属材料的调谐螺钉，显著提高了滤波器的低气压功率阈值。
【专利说明】一种低气压大功率阈值的介质滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低气压大功率阈值的介质滤波器，属于地面和卫星通信微波器件设计领域。
【背景技术】
[0002]我国应用卫星技术飞速发展:一方面，为了提高通信传输性能，要求星载微波设备的工作功率越来越高；另一方面，为提高集成度，要求星载微波设备的体积重量越来越小。两方面导致在星载微波设备中出现不均匀且高强度的电场，将会引发放电效应。同轴滤波器广泛应用于卫星转发、测控和遥感系统中，为了获得更大功率阈值必然要增大体积重量。
[0003]在气象卫星、测控和跟踪系统中，微波部件从发射到入轨全过程均处于工作状态，传统的同轴滤波器由于电场分布特性，其低气压功率阈值已经不能满足型号的需求，为此具有体积小、重量轻、Q值高和低气压功率阈值高的滤波器的研究迫在眉睫。
[0004]TMOl模介质滤波器的电磁场分布特性的特殊性使其低气压功率阈值远大于同轴结构滤波器。但是国内外现有介质滤波器结构无法完全满足星载滤波器要求的可靠性和完备性，比如盖板变形结构(图1)和双层盖板结构(图2)不能满足在不同力学、温度环境以及真空条件下的需求:前者由于应力在卫星疲劳耐受试验中，薄盖板的形变最终不能恢复，导致滤波器性能失效；后者在力学冲击振动试验中产生的应力不能快速释放，致使滤波器性能发生变化。另外，传统的介质滤波器采用限位台或者金属频率调节螺钉结构形式，对介质谐振器空腔内电磁场扰动太大，使介质滤波器的功率阈值迅速降低。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提出一种低气压大功率阈值的介质滤波器，通过根据环境应力产生的极限值给出预设形变，获得相应的力矩，通过盖板-压紧力调节螺钉-金属压块-薄盖板组成的压力调节机构把压紧力均匀的分布在薄盖板上，在不同环境中，通过薄盖板的孔把应力释放出，有效的增加了介质滤波器的疲劳度和寿命，同时采用定位介质块和介质调谐螺钉相结合方法来提高滤波器的低气压功率阈值，满足卫星使用要求。
[0006]本发明的技术解决方案是:
[0007]—种低气压大功率阈值的介质滤波器包括:压力调节机构、腔体、介质谐振器、频率调谐螺钉、定位介质块、焊接杆、接头、紧固螺钉；压力调节结构又包括上盖板、压紧力调节螺钉、金属压块、薄盖板；
[0008]上盖板的底面有沉孔，金属压块位于上盖板的沉孔下，金属压块和上盖板位于薄盖板的上表面，压紧力调节螺钉的一端穿过上盖板顶在金属压块的中央位置使得压力均匀分布在薄盖板上，进而使介质谐振器与腔体和薄盖板在不同环境下接触良好；
[0009]薄盖板通过紧固螺钉与腔体的上部紧密相连；介质谐振器位于腔体和薄盖板之间，薄盖板对应腔体的中间开有圆孔，薄盖板的圆孔直径大于介质谐振器的内径，小于介质谐振器的外径；定位介质块下端位于介质谐振器内，上端位于薄盖板的圆孔中用于防止介质谐振器其受切向力的冲击造成偏移；频率调谐螺钉穿过腔体底面伸入介质谐振器用于微扰介质谐振器内部电磁场实现频率调谐。
[0010]所述上盖板底面沉孔为圆形，所述金属块为环形结构，上盖板底面沉孔的高度大于金属压块高度，直径与金属压块直径相配合。
[0011]所述金属压块底端的增压槽直径大于介质谐振器的外径。
[0012]所述薄盖板为平面结构，材料为铍青铜。
[0013]所述频率调谐螺钉材料为聚酰亚胺、氮化铝。
[0014]所述的定位介质块下端安装在介质谐振器内和上端安装在薄盖板的圆孔中后，通过导热胶与薄盖板连接。
[0015]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0016](I)本发明结构上采用盖板-压紧力调节螺钉-金属压块-薄盖板组成的压力调节机构，可以计算出腔体、介质谐振器和盖板不同材料在工作环境下的极限形变，预先给予压紧调节螺钉最大形变相对应的力矩，保证薄盖板在所工作环境下的不会发生形变疲劳，即不会发生薄盖板形变不能恢复的情况，同时可以使施加在金属压块上的力均匀分布在薄盖板上，保证薄盖板与介质谐振器在不同环境下有效接触。
[0017](2)本发明的滤波器腔体采用定位介质块和介质调谐螺钉相配合的设计，减小对介质谐振器中孔内的电磁场的扰动，可以有效的提高滤波器的低气压功率阈值。采用限位台和金属螺钉的结构形式，会使金属螺钉进入介质谐振器内的孔位，扰动了内部场强，导致场强和电压值迅速增大，降低了介质滤波器的功率阈值。采用定位介质块和介质调谐螺钉可以有效的降低空气内的最大电场值和电压值，增加功率阈值，能够满足气象卫星和跟踪和测控系统的需求。
[0018](3)本发明的薄盖板采用在相对应介质谐振器上方开孔的设计，在力学震动、冲击以及温度循环中，使力学中冲击力以及温度循环中形变应力释放出去，有效的增加了薄盖板的耐疲劳度和使用寿命。
[0019](4)本发明采用压力调节结构，通过调节压紧力调节螺钉使得本发明可以在不同的工作环境下有效地工作，相对于传统的机构根据环境变化重新设计，本发明适用性更强，大大节省了成本，保证了设计的统一性。
[0020](5)本发明中的关键部件腔体、盖板、金属压块为铝材料，压紧力调节螺钉的为殷钢材料，薄盖板为平铍青铜材料，介质谐振器为陶瓷材料，定位介质块为可溶性聚酰亚胺，频率调谐螺钉为聚酰亚胺、氮化铝材料，本发明通过应力计算和分析选取关键部件的材料，增加了整个滤波器的耐疲劳度和使用寿命，大大提高了工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是传统盖板变形结构的介质谐振器结构示意图；
[0022]图2是传统双层盖板结构的介质谐振器的结构示意图；
[0023]图3是本发明介质谐振器结构示意图；
[0024]图4是本发明两个介质谐振器耦合相连的整体结构示意图；
[0025]图5是本发明介质滤波器的上盖板示意图；[0026]图6是本发明介质滤波器的金属压块薄盖板示意图；
[0027]图7是本发明的介质滤波器的薄盖板示意图；
[0028]图8是本发明介质滤波器的仿真模型；
[0029]图9是本发明介质滤波器的传输特性。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0031]如图3所示，本发明一种低气压大功率阈值的介质滤波器，包括:压力调节机构、腔体1、介质谐振器6、频率调谐螺钉7、定位介质块8、焊接杆9、接头10、紧固螺钉11 ;压力调节结构又包括上盖板2、压紧力调节螺钉3、金属压块4、薄盖板5 ；
[0032]上盖板2的底面有沉孔，金属压块4位于上盖板2的沉孔下，金属压块4和上盖板2位于薄盖板5的上表面，压紧力调节螺钉3的一端穿过上盖板2顶在金属压块4的中央位置使得压力均匀分布在薄盖板5上，进而使介质谐振器6与腔体I和薄盖板5在不同环境下接触良好；如图5、6所示，上盖板2底面沉孔为圆形，所述金属块4为环形结构，上盖板2底面沉孔的高度大于金属压块4高度，直径与金属压块4直径相配合；金属压块4底端开有增压槽，增压槽直径大于介质谐振器6的外径。
[0033]薄盖板5通过紧固螺钉11与腔体I的上部紧密相连；介质谐振器6位于腔体I和薄盖板5之间，薄盖板5对应腔体I的中间开有圆孔；薄盖板5压紧介质谐振器6，吸收力学冲击力和温度循环变化所产生的应力，薄盖板5的圆孔直径大于介质谐振器6的内径，小于介质谐振器6的外径；定位介质块8下端位于介质谐振器6内，上端位于薄盖板5的圆孔中用于防止介质谐振器6其受切向力的冲击造成偏移；频率调谐螺钉7穿过腔体I底面伸入介质谐振器6用于微扰介质谐振器6内部电磁场实现频率调谐。
[0034]6、根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述的定位介质块8下端安装在介质谐振器6内和上端安装在薄盖板5的圆孔中后,通过导热胶与薄盖板5连接。
[0035]本发明还可以多个介质谐振器链接在一起构成一个多谐振器的滤波器，如图4所示为两个介质谐振器的滤波器；滤波器信号从输入接头9进入，通过输入焊接杆耦合到第一个谐振器，然后通过耦合窗口进入第二个谐振器，同理至第四个谐振器，最后耦合到输出焊接杆从输出接头输出信号。
[0036]滤波器的频率主要由介质谐振器6决定，频率调谐螺钉7对滤波器进行微调。通过对介质谐振器6进行单腔频率测试筛选，确定谐振器的谐振频率，选择合适的介质谐振器6，放在腔体I中心的限位坑上，薄盖板5之下。腔体I的中心设计有限位坑，限位坑的直径和TM模介质谐振器6的外径相配合(两者相等)。
[0037]频率调谐螺钉7通过腔体I底面进入介质谐振器6中，对滤波器的谐振频率进行调谐。频率调谐螺钉7的材料为介质。低气压放电为气体放电，功率阈值主要与腔体中的电场、电压和储能有关。当金属螺钉7或者金属限位台进入介质谐振器6的孔中时，空气孔中的电场和介质内部电场大小由1:1变为3:1 (表I)或者更大，强烈的扰动了其中的电场分布，且使内部电压增大，降低了滤波器的低气压功率阈值。
[0038]表I本发明与传统介质滤波器、传统同轴滤波器的低气压功率阈值对比表[0039]
【权利要求】
1.一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于包括:压力调节机构、腔体(I)、介质谐振器(6)、频率调谐螺钉(7)、定位介质块(8)、焊接杆(9)、接头(10)、紧固螺钉(11);压力调节结构又包括上盖板(2)、压紧力调节螺钉(3)、金属压块(4)、薄盖板(5)； 上盖板(2)的底面有沉孔，金属压块(4)位于上盖板(2)的沉孔下，金属压块(4)和上盖板(2)位于薄盖板(5)的上表面，压紧力调节螺钉(3)的一端穿过上盖板(2)顶在金属压块(4)的中央位置使得压力均匀分布在薄盖板(5)上，进而使介质谐振器(6)与腔体(I)和薄盖板(5)在不同环境下接触良好； 薄盖板(5 )通过紧固螺钉(11)与腔体(I)的上部紧密相连；介质谐振器(6 )位于腔体(I)和薄盖板(5)之间，薄盖板(5)对应腔体(I)的中间开有圆孔，薄盖板(5)的圆孔直径大于介质谐振器(6)的内径,小于介质谐振器(6)的外径；定位介质块(8)下端位于介质谐振器(6)内，上端位于薄盖板(5)的圆孔中用于防止介质谐振器(6)其受切向力的冲击造成偏移；频率调谐螺钉(7 )穿过腔体(I)底面伸入介质谐振器(6 )用于微扰介质谐振器(6 )内部电磁场实现频率调谐。
2.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述上盖板(2)底面沉孔为圆形，所述金属块(4)为环形结构，上盖板(2)底面沉孔的高度大于金属压块(4)高度，直径与金属压块(4)直径相配合。
3.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述金属压块(4)底端的增压槽直径大于介质谐振器(6)的外径。
4.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述薄盖板(5)为平面结构，材料为铍青铜。
5.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述频率调谐螺钉(7)材料为聚酰亚胺、氮化铝。
6.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述的定位介质块(8)下端安装在介质谐振器(6)内和上端安装在薄盖板(5)的圆孔中后，通过导热胶与薄盖板(5)连接。
7.根据权利要求1所述的一种低气压大功率阈值的介质滤波器，其特征在于:所述腔体(I)的中心有限位坑，限位坑的直径等于介质谐振器(6)的外径。
【文档编号】H01P1/208GK103956543SQ201410216005
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】李亚峰, 林浩佳, 袁建荣, 李吉斌, 殷新社 申请人:西安空间无线电技术研究所