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陶瓷介质滤波器的插入损耗及影响因素
瓷介质滤波器采用陶瓷基体镀银来形成谐振器,多个谐振器以及各个谐振器之间的耦合形成滤波器,满足5G通信对滤波器尺寸越来越小的要求。


 陶瓷介质滤波器的插入损耗 


陶瓷介质滤波器的一个重要指标是插入损耗低,插入损耗指滤波器传输频率范围内的损耗值,是无失真传输的关键之一。


介质谐振器的插入损耗由下面的式子来计算:




式中:
BW是3dB带宽(MHz);
gi是滤波器的低通原型参数;

Qu是单谐振器的品质因数


其中:

式中:

Pe是微波介质陶瓷的电能填充因子,一般略小于1。

Q0是微波介质陶瓷的品质因数;

Qc是谐振器的表面金属膜的Q值。


滤波器的插入损耗 IL∞nB0,n为滤波器的级数,B0为谐振器的插入损耗。


故要降低插入损耗,就需要降低B0,就要求介质陶瓷材料和表面金属膜的Q值要大。

 滤波器插入损耗的影响因素 


01

微波介质陶瓷的品质因数Q



5G时代,滤波器需更加小型化和集成化,陶瓷粉体对滤波器性能具有重要影响,微波介质陶瓷应具有:
  • 较高的介电常数(εr)(要求达到20~50),以便减小元件尺寸与体积;

  • 高的品质因数(Q值),有利于降低介质滤波器的插入损耗;

  • 接近于零的谐振频率温度系数(τf)为0±3ppm/℃,以保证全天候工作的稳定性。


微波介质材料的介质损耗是影响介质滤波器插入损耗的一个主要因素,而微波介质材料Q值与介质损耗成反比关系,Q值越大,滤波器的插入损耗就越低。提高Q值,介质陶瓷材料还需要结构均一,高致密、晶粒生长均匀,减少杂质和缺陷。


02

表面金属膜的Q值



为获得大的表面金属膜的Q值需要采用电导率大的金属材料并改进表面银层的性能,同时要正确设计介质滤波器的几何尺寸。


目前,陶瓷介质滤波器普遍采用电导率高的银作为导体材料,理论上银的纯度越好,Q值越好,插损越好,功率承受值越大。但银纯度高会使银浆与陶瓷的结合力变差,适当提高银含量可降低插损,但需要平衡纯度与结合力。银与微波陶瓷的热膨胀系数、晶格常数等特性的匹配程度不高,为了加强其在固体介质表面的附着力,势必要适当增加厚度,这样必然也会导致制造成本过高,可通过一些元素(镍,铜,钛)来打底提升银层附着力,满足可靠性。


要形成一致性好、致密性高、附着力高且导电性能好的银层,除了提高银浆质量外,金属化工艺也至关重要,目前,陶瓷介质滤波器采用的金属化工艺多样,喷银+电镀是目前比较稳定的工艺,插损稳定,插损值控制在0.6~0.7dB之间,银层结合力好,表面质量较好。其他金属化技术方案也在不断改进,满足低插损要求。


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