一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器的制造方法
【專利摘要】一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，包括濾波器腔體、上蓋板壓、緊力調節螺釘、上蓋板、金屬壓塊、薄蓋板、介質諧振器、頻率調諧螺釘、定位介質塊、焊接桿、接頭、緊固螺釘；本發明設計了壓力調節螺釘-上蓋板-金屬壓塊-薄蓋板的調節結構，將介質諧振器放置在腔體限位坑和薄蓋板之間，通過調整壓力調諧螺釘，使介質諧振器、薄蓋板和腔體在不同溫度、力學和真空環境下有良好的接觸，保證了TM01模介質濾波器工作性能在不同環境下的可靠性和穩定性；并采用定位介質塊和介質調諧螺釘相結合方式，微擾介質諧振器中的電磁場，相比金屬材料的調諧螺釘，顯著提高了濾波器的低氣壓功率閾值。
【專利說明】一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，屬于地面和衛星通信微波器件設計領域。
【背景技術】
[0002]我國應用衛星技術飛速發展:一方面，為了提高通信傳輸性能，要求星載微波設備的工作功率越來越高；另一方面，為提高集成度，要求星載微波設備的體積重量越來越小。兩方面導致在星載微波設備中出現不均勻且高強度的電場，將會引發放電效應。同軸濾波器廣泛應用于衛星轉發、測控和遙感系統中，為了獲得更大功率閾值必然要增大體積重量。
[0003]在氣象衛星、測控和跟蹤系統中，微波部件從發射到入軌全過程均處于工作狀態，傳統的同軸濾波器由于電場分布特性，其低氣壓功率閾值已經不能滿足型號的需求，為此具有體積小、重量輕、Q值高和低氣壓功率閾值高的濾波器的研究迫在眉睫。
[0004]TMOl模介質濾波器的電磁場分布特性的特殊性使其低氣壓功率閾值遠大于同軸結構濾波器。但是國內外現有介質濾波器結構無法完全滿足星載濾波器要求的可靠性和完備性，比如蓋板變形結構(圖1)和雙層蓋板結構(圖2)不能滿足在不同力學、溫度環境以及真空條件下的需求:前者由于應力在衛星疲勞耐受試驗中，薄蓋板的形變最終不能恢復，導致濾波器性能失效；后者在力學沖擊振動試驗中產生的應力不能快速釋放，致使濾波器性能發生變化。另外，傳統的介質濾波器采用限位臺或者金屬頻率調節螺釘結構形式，對介質諧振器空腔內電磁場擾動太大，使介質濾波器的功率閾值迅速降低。
【發明內容】
[0005]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提出一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，通過根據環境應力產生的極限值給出預設形變，獲得相應的力矩，通過蓋板-壓緊力調節螺釘-金屬壓塊-薄蓋板組成的壓力調節機構把壓緊力均勻的分布在薄蓋板上，在不同環境中，通過薄蓋板的孔把應力釋放出，有效的增加了介質濾波器的疲勞度和壽命，同時采用定位介質塊和介質調諧螺釘相結合方法來提高濾波器的低氣壓功率閾值，滿足衛星使用要求。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]—種低氣壓大功率閾值的介質濾波器包括:壓力調節機構、腔體、介質諧振器、頻率調諧螺釘、定位介質塊、焊接桿、接頭、緊固螺釘；壓力調節結構又包括上蓋板、壓緊力調節螺釘、金屬壓塊、薄蓋板；
[0008]上蓋板的底面有沉孔，金屬壓塊位于上蓋板的沉孔下，金屬壓塊和上蓋板位于薄蓋板的上表面，壓緊力調節螺釘的一端穿過上蓋板頂在金屬壓塊的中央位置使得壓力均勻分布在薄蓋板上，進而使介質諧振器與腔體和薄蓋板在不同環境下接觸良好；
[0009]薄蓋板通過緊固螺釘與腔體的上部緊密相連；介質諧振器位于腔體和薄蓋板之間，薄蓋板對應腔體的中間開有圓孔，薄蓋板的圓孔直徑大于介質諧振器的內徑，小于介質諧振器的外徑；定位介質塊下端位于介質諧振器內，上端位于薄蓋板的圓孔中用于防止介質諧振器其受切向力的沖擊造成偏移；頻率調諧螺釘穿過腔體底面伸入介質諧振器用于微擾介質諧振器內部電磁場實現頻率調諧。
[0010]所述上蓋板底面沉孔為圓形，所述金屬塊為環形結構，上蓋板底面沉孔的高度大于金屬壓塊高度，直徑與金屬壓塊直徑相配合。
[0011]所述金屬壓塊底端的增壓槽直徑大于介質諧振器的外徑。
[0012]所述薄蓋板為平面結構，材料為鈹青銅。
[0013]所述頻率調諧螺釘材料為聚酰亞胺、氮化鋁。
[0014]所述的定位介質塊下端安裝在介質諧振器內和上端安裝在薄蓋板的圓孔中后，通過導熱膠與薄蓋板連接。
[0015]本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0016](I)本發明結構上采用蓋板-壓緊力調節螺釘-金屬壓塊-薄蓋板組成的壓力調節機構，可以計算出腔體、介質諧振器和蓋板不同材料在工作環境下的極限形變，預先給予壓緊調節螺釘最大形變相對應的力矩，保證薄蓋板在所工作環境下的不會發生形變疲勞，即不會發生薄蓋板形變不能恢復的情況，同時可以使施加在金屬壓塊上的力均勻分布在薄蓋板上，保證薄蓋板與介質諧振器在不同環境下有效接觸。
[0017](2)本發明的濾波器腔體采用定位介質塊和介質調諧螺釘相配合的設計，減小對介質諧振器中孔內的電磁場的擾動，可以有效的提高濾波器的低氣壓功率閾值。采用限位臺和金屬螺釘的結構形式，會使金屬螺釘進入介質諧振器內的孔位，擾動了內部場強，導致場強和電壓值迅速增大，降低了介質濾波器的功率閾值。采用定位介質塊和介質調諧螺釘可以有效的降低空氣內的最大電場值和電壓值，增加功率閾值，能夠滿足氣象衛星和跟蹤和測控系統的需求。
[0018](3)本發明的薄蓋板采用在相對應介質諧振器上方開孔的設計，在力學震動、沖擊以及溫度循環中，使力學中沖擊力以及溫度循環中形變應力釋放出去，有效的增加了薄蓋板的耐疲勞度和使用壽命。
[0019](4)本發明采用壓力調節結構，通過調節壓緊力調節螺釘使得本發明可以在不同的工作環境下有效地工作，相對于傳統的機構根據環境變化重新設計，本發明適用性更強，大大節省了成本，保證了設計的統一性。
[0020](5)本發明中的關鍵部件腔體、蓋板、金屬壓塊為鋁材料，壓緊力調節螺釘的為殷鋼材料，薄蓋板為平鈹青銅材料，介質諧振器為陶瓷材料，定位介質塊為可溶性聚酰亞胺，頻率調諧螺釘為聚酰亞胺、氮化鋁材料，本發明通過應力計算和分析選取關鍵部件的材料，增加了整個濾波器的耐疲勞度和使用壽命，大大提高了工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是傳統蓋板變形結構的介質諧振器結構示意圖；
[0022]圖2是傳統雙層蓋板結構的介質諧振器的結構示意圖；
[0023]圖3是本發明介質諧振器結構示意圖；
[0024]圖4是本發明兩個介質諧振器耦合相連的整體結構示意圖；
[0025]圖5是本發明介質濾波器的上蓋板示意圖；[0026]圖6是本發明介質濾波器的金屬壓塊薄蓋板示意圖；
[0027]圖7是本發明的介質濾波器的薄蓋板示意圖；
[0028]圖8是本發明介質濾波器的仿真模型；
[0029]圖9是本發明介質濾波器的傳輸特性。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0031]如圖3所示，本發明一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，包括:壓力調節機構、腔體1、介質諧振器6、頻率調諧螺釘7、定位介質塊8、焊接桿9、接頭10、緊固螺釘11 ;壓力調節結構又包括上蓋板2、壓緊力調節螺釘3、金屬壓塊4、薄蓋板5 ；
[0032]上蓋板2的底面有沉孔，金屬壓塊4位于上蓋板2的沉孔下，金屬壓塊4和上蓋板2位于薄蓋板5的上表面，壓緊力調節螺釘3的一端穿過上蓋板2頂在金屬壓塊4的中央位置使得壓力均勻分布在薄蓋板5上，進而使介質諧振器6與腔體I和薄蓋板5在不同環境下接觸良好；如圖5、6所示，上蓋板2底面沉孔為圓形，所述金屬塊4為環形結構，上蓋板2底面沉孔的高度大于金屬壓塊4高度，直徑與金屬壓塊4直徑相配合；金屬壓塊4底端開有增壓槽，增壓槽直徑大于介質諧振器6的外徑。
[0033]薄蓋板5通過緊固螺釘11與腔體I的上部緊密相連；介質諧振器6位于腔體I和薄蓋板5之間，薄蓋板5對應腔體I的中間開有圓孔；薄蓋板5壓緊介質諧振器6，吸收力學沖擊力和溫度循環變化所產生的應力，薄蓋板5的圓孔直徑大于介質諧振器6的內徑，小于介質諧振器6的外徑；定位介質塊8下端位于介質諧振器6內，上端位于薄蓋板5的圓孔中用于防止介質諧振器6其受切向力的沖擊造成偏移；頻率調諧螺釘7穿過腔體I底面伸入介質諧振器6用于微擾介質諧振器6內部電磁場實現頻率調諧。
[0034]6、根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述的定位介質塊8下端安裝在介質諧振器6內和上端安裝在薄蓋板5的圓孔中后,通過導熱膠與薄蓋板5連接。
[0035]本發明還可以多個介質諧振器鏈接在一起構成一個多諧振器的濾波器，如圖4所示為兩個介質諧振器的濾波器；濾波器信號從輸入接頭9進入，通過輸入焊接桿耦合到第一個諧振器，然后通過耦合窗口進入第二個諧振器，同理至第四個諧振器，最后耦合到輸出焊接桿從輸出接頭輸出信號。
[0036]濾波器的頻率主要由介質諧振器6決定，頻率調諧螺釘7對濾波器進行微調。通過對介質諧振器6進行單腔頻率測試篩選，確定諧振器的諧振頻率，選擇合適的介質諧振器6，放在腔體I中心的限位坑上，薄蓋板5之下。腔體I的中心設計有限位坑，限位坑的直徑和TM模介質諧振器6的外徑相配合(兩者相等)。
[0037]頻率調諧螺釘7通過腔體I底面進入介質諧振器6中，對濾波器的諧振頻率進行調諧。頻率調諧螺釘7的材料為介質。低氣壓放電為氣體放電，功率閾值主要與腔體中的電場、電壓和儲能有關。當金屬螺釘7或者金屬限位臺進入介質諧振器6的孔中時，空氣孔中的電場和介質內部電場大小由1:1變為3:1 (表I)或者更大，強烈的擾動了其中的電場分布，且使內部電壓增大，降低了濾波器的低氣壓功率閾值。
[0038]表I本發明與傳統介質濾波器、傳統同軸濾波器的低氣壓功率閾值對比表[0039]
【權利要求】
1.一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于包括:壓力調節機構、腔體(I)、介質諧振器(6)、頻率調諧螺釘(7)、定位介質塊(8)、焊接桿(9)、接頭(10)、緊固螺釘(11);壓力調節結構又包括上蓋板(2)、壓緊力調節螺釘(3)、金屬壓塊(4)、薄蓋板(5)； 上蓋板(2)的底面有沉孔，金屬壓塊(4)位于上蓋板(2)的沉孔下，金屬壓塊(4)和上蓋板(2)位于薄蓋板(5)的上表面，壓緊力調節螺釘(3)的一端穿過上蓋板(2)頂在金屬壓塊(4)的中央位置使得壓力均勻分布在薄蓋板(5)上，進而使介質諧振器(6)與腔體(I)和薄蓋板(5)在不同環境下接觸良好； 薄蓋板(5 )通過緊固螺釘(11)與腔體(I)的上部緊密相連；介質諧振器(6 )位于腔體(I)和薄蓋板(5)之間，薄蓋板(5)對應腔體(I)的中間開有圓孔，薄蓋板(5)的圓孔直徑大于介質諧振器(6)的內徑,小于介質諧振器(6)的外徑；定位介質塊(8)下端位于介質諧振器(6)內，上端位于薄蓋板(5)的圓孔中用于防止介質諧振器(6)其受切向力的沖擊造成偏移；頻率調諧螺釘(7 )穿過腔體(I)底面伸入介質諧振器(6 )用于微擾介質諧振器(6 )內部電磁場實現頻率調諧。
2.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述上蓋板(2)底面沉孔為圓形，所述金屬塊(4)為環形結構，上蓋板(2)底面沉孔的高度大于金屬壓塊(4)高度，直徑與金屬壓塊(4)直徑相配合。
3.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述金屬壓塊(4)底端的增壓槽直徑大于介質諧振器(6)的外徑。
4.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述薄蓋板(5)為平面結構，材料為鈹青銅。
5.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述頻率調諧螺釘(7)材料為聚酰亞胺、氮化鋁。
6.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述的定位介質塊(8)下端安裝在介質諧振器(6)內和上端安裝在薄蓋板(5)的圓孔中后，通過導熱膠與薄蓋板(5)連接。
7.根據權利要求1所述的一種低氣壓大功率閾值的介質濾波器，其特征在于:所述腔體(I)的中心有限位坑，限位坑的直徑等于介質諧振器(6)的外徑。
【文檔編號】H01P1/208GK103956543SQ201410216005
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】李亞峰, 林浩佳, 袁建榮, 李吉斌, 殷新社 申請人:西安空間無線電技術研究所