滤波器技术(4)-介质滤波器
介质滤波器原理
介质滤波器原理一、介质滤波器的定义和作用介质滤波器是一种用于滤除特定频率信号的装置，通常由介质和导体组成。
它的主要作用是在电子电路中过滤掉噪声和干扰信号，使有效信号更加清晰和稳定。
二、常见的介质滤波器类型2.1 低通滤波器（LPF）低通滤波器用于滤除高频信号，只允许低于截止频率的信号通过。
2.2 高通滤波器（HPF）高通滤波器用于滤除低频信号，只允许高于截止频率的信号通过。
2.3 带通滤波器（BPF）带通滤波器用于滤除低于截止频率和高于截止频率的信号，只允许位于截止频率之间的信号通过。
2.4 带阻滤波器（BSF）带阻滤波器用于滤除位于截止频率之间的信号，只允许低于截止频率和高于截止频率的信号通过。
三、介质滤波器的工作原理介质滤波器的工作原理基于介质在电磁场中的响应特性。
当电磁波通过介质时，介质会对电磁波进行吸收、传导和反射，从而实现滤波的效果。
3.1 电磁波的传播和吸收介质滤波器中的介质是由电子和原子组成的。
当电磁波通过介质时，电场和磁场会作用于介质中的电子和原子，使其发生振动。
这种振动会导致能量的吸收和传导，从而减弱或消除特定频率的信号。
3.2 介质的阻抗和衰减特性不同类型的介质对电磁波的传播有不同的阻抗和衰减特性。
通过选择合适的介质材料和设计参数，可以实现对特定频率的信号的滤除或通过。
3.3 介质滤波器的设计和优化介质滤波器的设计需要考虑到所需的截止频率、滤波特性和器件尺寸等因素。
通过调整介质的种类、厚度、形状和布局等参数，可以实现对特定频率范围内信号的滤波效果，并优化滤波器的性能。
四、介质滤波器的应用领域介质滤波器在各种电子电路中都有广泛的应用，特别是在通信、无线电和雷达系统中更为常见。
它们可以用于滤除噪声和干扰信号，提高通信质量和系统的可靠性。
4.1 无线电通信系统在无线电通信系统中，介质滤波器用于滤除无线电信号中的杂散频率和干扰信号，以保证通信质量和信息传输的可靠性。
4.2 雷达系统雷达系统中的介质滤波器用于滤除雷达信号中的背景噪声和干扰信号，以提高目标的探测和跟踪性能。
介质滤波器原理
介质滤波器原理
介质滤波器是一种常见的滤波器类型，其原理是利用介质材料的特性来选择性地通过或阻断特定频率的信号。
介质滤波器通常由一个或多个介质构成，例如陶瓷、石英、玻璃等。
这些介质材料具有不同的介电常数和磁导率，因此会对信号的传输产生影响。
当通过介质材料时，信号将受到介质的影响而发生衰减、延迟或相位变化。
介质滤波器的工作原理基于以下几个关键概念：
1. 传导损耗：当信号通过介质时，由于介质的电导率，信号会遇到电阻导致能量损失。
这种能量损失会使特定频率的信号在介质中衰减。
2. 介质的介电常数：介质的介电常数决定了介质对电场的响应。
在滤波器中，通过选择不同介质的介电常数，可以实现对不同频率信号的阻断或通过。
3. 谐振现象：当介质处于特定频率附近时，由于介质本身的谐振行为，对该频率的信号会产生放大或压制作用。
利用这种谐振现象，可以实现对特定频率的滤波。
基于以上原理，介质滤波器可以实现对特定频率范围内的信号进行滤波。
通过选择合适的介质材料并进行设计优化，可以实现不同频率范围的滤波效果。
介质滤波器广泛应用于无线通信、
电子设备和信号处理等领域，用于抑制噪声、滤除干扰信号，以及提高信号的质量和稳定性。
介质滤波器原理
介质滤波器原理介质滤波器（MediumBand Pass Filter，MBPF）是一种在频带上实现选择性的滤波器，用来过滤某个频带内的信号。
它的工作原理是利用介质媒介的反射和衍射特性，将指定频率之外的射频信号反射回去，提高频率范围内的信号吸收效率，从而达到过滤的目的。
介质滤波器聚集了多种物理现象，如折射、反射、衍射和衰减等，从而实现分离和滤除两个频带之间的信号。
换言之，把本应该被滤除的信号反射回去，而把被允许的信号通过。
这种滤波器通常被用在短波和中波广播电台中，以及多种无线通讯电路中。
介质滤波器的工作原理与其他商用滤波器大致相同，只不过介质滤波器采用介质媒介来实现其目的，而不是使用电气元件，如电容器和电感器。
介质滤波器包括两个部分，分别是带有孔洞的介质媒介和驱动电路，电路将射频信号送到介质媒介中，介质媒介内拥有一系列孔洞，孔洞的大小决定频率的范围，同时孔洞的密度决定了频率之间的跨度。
当频率超出指定范围时，部分频率被反射回去，而另一部分则被衍射出去，从而使信号不能被频率范围之外的部分传输出去。
介质滤波器的优点有：1.介质滤波器具有极高的选择性，可以将非常窄的频带进行滤波；2.介质滤波器具有低通滤波和高通滤波的性能，可以有效的降低滤波后的噪声；3.介质滤波器的过滤宽度可以很好的控制；4.介质滤波器衰减不太明显，可以有效的抑制高频信号的衰减；5.介质滤波器结构简单，可以容易的实现。
介质滤波器也存在着一些缺点，如：1.介质滤波器的偏置电压非常严格，容易受到外界的干扰；2.介质滤波器的反射系数非常低，容易造成噪声；3.介质滤波器频率偏差比较大，影响了滤波效果；4.介质滤波器需要大量的介质材料，而且成本较高。
介质滤波器具有很多优点，在短波和中波广播电台中，它们经常被用于滤除某一频率范围的信号，从而让信号达到更清晰的效果。
EMC设计之滤波技术讲解
EMC设计之滤波技术讲解1.LC滤波器：LC滤波器是一种基于电感（L）和电容（C）的滤波器。
它主要通过选择合适的电感和电容值，将干扰信号的频率限制在特定范围内。
LC滤波器的原理是基于电感和电容的共振现象，通过调整电感和电容的数值，可以选择性地通过或阻断特定频率的信号。
LC滤波器通常用于消除高频噪声和突发干扰。
2.RC滤波器：RC滤波器是一种基于电阻（R）和电容（C）的滤波器。
它主要基于电容和电阻的时域响应，对信号进行频率选择。
通常，RC滤波器用于阻断或衰减特定频率的信号干扰。
在EMC设计中，RC滤波器通常用于滤除低频噪声和功率线上的杂波。
3.声音滤波器：声音滤波器是一种特殊的滤波器，它主要用于消除设备产生的电声干扰。
这些干扰通常是由于电子设备内部元器件的振动和共振引起的。
声音滤波器的原理是通过选择合适的材料和结构来吸收和隔离声音振动的能量，从而减少电声干扰。
4. 状态滤波器：状态滤波器（State Filter）是一种数字滤波技术，主要应用于数字信号处理（DSP）系统中。
它基于滤波器的状态方程，通过对输入信号进行状态变换，将不需要的频率分量滤除。
状态滤波器具有灵活性和实时性，可以对不同频率的信号进行滤波处理，适用于高速数字信号处理系统。
5. 整流滤波器：整流滤波器（Rectifier Filter）主要用于消除设备输出电源的纹波。
它通常由整流器、电容器和负载组成。
整流器将交流电源转换为直流电源，然后经过电容器滤波，最后供给负载。
整流滤波器可以有效地减少电源输出电压中的高频纹波和噪声，确保设备工作的稳定性。
综上所述，滤波技术在EMC设计中起着至关重要的作用。
通过选择合适的滤波器类型和参数，可以有效地滤除干扰信号，提高设备的电磁兼容性能。
在具体应用中，设计人员需要根据实际需求和系统特点，选择合适的滤波技术进行设计。
同时，还需要考虑不同滤波器之间的互补作用，以获得最佳的滤波效果。
介质滤波器之一
浙江嘉康电子有限公司、
福建南安讯通电子公司等，
在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较
大差距。
国内微波陶瓷的主要研究单位
上海大学 天津大学 、上海同济大学、华 中科技大
学、 浙江大学 、厦门大学承担了 国家 863 计划中
相应课题，并取得了一定 成果。
水平。此后，微波陶瓷材料才进入实际使用阶段。在卫星通
讯、雷达和蜂窝电话系统中得到广泛使用。
微波介质材料的主要特性
介质材料的三要素：
1、介电常数
r
基站用： 20r 50 手机用：
2、温度系数
f
f (
L
75r 90
2
L )
介电常数的温度系数
介质材料的线膨胀系数
3、损耗或品质因数Q
εr =37~40 40，7 GHz 7 GHz，Q>7 000 000；
εr =33 33～36 36，10 GHz 10 GHz，Q>10 000 000；
εr =29~31 31，l0 GHz GHz，Q>12000 12000；
εr =27~29 29，10 GHz 10 GHz，Q>15000 15000；
εr =80，3GHz， Qf >8,000 GHz；
εr =90，1 GHz， Qf >5 000 GHz ；
新开发 εr =25，33和40 等三种微波介质陶瓷
。
精品课件！
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电子科技大学
εr=24 (BaMg1/3Ta2/303系统），
Qf>120 000 GHz
滤波器微波介质滤波器
滤波器微波介质滤波器浙江正原电气股份有限公司ZHEJIANG ZHENGYUAN ELECTRIC CO.，LTD多层片状陶瓷天线MULTI-LAYER CHIP TYPE CERAMIC ANTENNA技术条件SPECIFICATION产品型号LA5220P2450-A04Part Number用户名称版本号 V1.1发送日期拟制发送人审核页数 8 批准地址:中国浙江省嘉兴市经济开发区塘汇工业区正原路1号ADD:No.1 Zhengyuan Road,Tanghui IndustrialZone,Jiaxing,Zhejiang,ChinaTEL:0086-573-3651818FAX:0086-573-36518581产品(LA5220P2450-A04)规格书版本更改记录版本号更改记录拟制批准日期首次发行王剑强陆德龙 2007.06.09 V1.0Land Pattern 尺寸修改，以免SMT时王剑强陆德龙 2007.06.25 V1.1 电极间短路备注:1、更改产品电性能指标时，版本号需更换(V1.0换为V2.0、V3.0……);2、更改产品测试方法(包括可靠性测试条件)，或更改使用条件时，当前版本号加系列(V1.0换为V1.1、V1.2……)。
2? 概述 Introduction"正原"微波多层片状陶瓷天线LA系列产品设计用于WLAN、蓝牙天线、PHS～手机多频天线, GPS等小体积SMD片式设计。
"ZHENG YUAN" Microwave Multi-Layer Chip Type Ceramic AntennaLA series are designed to be used in WLAN、Bluetooth、PHS、Multiple-band Mobile phone antenna, GPS, etc and compact size SMD chip design.? 型号 Part NumberLA 5220 P 2450 - A04产品名称，编号A04/Proudct Name: A04中心工作频率/ Center Frequency: 2450MHz结构系列/Structure Series产品尺寸/Size:5.2×2.0×1.2多层结构天线/Multi-layer Antenna? 外型尺寸 Dimensions(Unit:mm)? 测试电路 Evaluation Board3? 电气性能 Electrical Characteristics(项目) Specifications (特性) Item No.5.1 Working Central Frequency 中心工作频率 2450 MHz 5.2 Band Width 通带宽度 ?75 MHz ( 2375,2525MHz ) 5.3 Gain 增益 0,2 dBi 5.4 V.S.W.R (in BW) 驻波比 ?2.0Polarization 极化方式 5.5 Linear 线性Azimuth Beam width 方位角 5.6 Omni-directional 全向Impedance 阻抗 5.7 50 Ω *本天线在应用PCB上通过设计匹配电路，将天线工作频率调整到2.45GHz中心工作频率。
介质滤波器设计
介质谐振器选用1/4环形谐振 器。工作模式TE01模。
电场
磁场
选择的拓扑结构
腔体激励与耦合ຫໍສະໝຸດ 实测结果承受功率500W
低插入损耗梳状介质滤波器
滤波器拓扑结构
Fig.2 (a) SCHEMATIC DIAGRAM (PLAN-VIEW) OF THE FOURTH ORDERELLIPTIC FILTER USING DIELECTRIC LOADED COMBLI NE RESONATORS. (b) THE ACTUAL FILTER.
在解决了腔体的计算问题以后，就可以进入滤 波器的设计。在滤波器设计的第一阶段，就是 根据系统要求给出滤波器的拓扑结构图。首先 用电路软件验证拓扑结构的可行性。
介质滤波器设计
滤波器设计的第二步，就是根据耦合矩阵的要求分别 设计的激励和腔体之间耦合的机构。 腔体激励和耦合机构的设计必须根据谐振器工作模式 的场结构。例如，对圆柱谐振腔TE10δ模式的电场是 与圆柱面共面的环形结构，磁场是与圆柱面垂直的环 形。如果是电耦合，则输入、输出结构的导体必须与 电场平行（至少有部分平行）。如果是磁耦合则耦合 环平面必须要与磁力线垂直。下面是TE10δ几种常见 的耦合方式。 腔体激励方式的选择最好只激励工作模式，不激励其 他模式。
滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。2004年， Raafat R. Mansour在IEEE Microwave Magazine上撰文预测，
在未来5年之内，介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大的
份额。因此，重视基站用介质滤波器技术的发展，掌握基站用 滤波器设计与制作技术是非常重要的。
介质滤波器设计
理论计算和测试结果
滤波器详细分类
带通滤波器技术指标
• 插入损耗
又称衰减,在理想情况下，插入到射频电路中的理想滤波 器，不应在其通带内引入任何功率损耗.然而现实中我们 无法消除滤波器固有的，某种程度的功率损耗。插入损 耗定量的描述了功率响应幅度与0dB基准的插值,其数学 表达式为:
其中PL 是滤波器向负载输出的功率，Pin 是滤波器从信 号源得到的输入功率，一般希望插入损耗越小越好。
带通滤波器技术指标
• 带内波动
在规定的带宽内,插入损耗最大点减去最小点的即为带内 波动。又叫带内波纹或者通带波纹。指通带内信号幅度的 起伏程度，也受限于谐振器的固有Q值，一般希望尽可能 的小。
带通滤波器技术指标
• 带外抑制
又称阻带抑制,理想的滤波器是矩形的，通带内的信号全 部通过，通道外的信号全部过滤掉。
光速波长电磁波波段代号波段代号频率范围ghz频率范围ghzuhf031ka274080100ku1218300mhz3000ghz1m电磁波谱01mm频率波长3ghz30ghz300ghz10cm1cm1mm普通无线电波普通无线电波红外线红外线紫外线紫外线亚毫米分米厘米毫米中波短波超短波长波顾名思义就是对电磁波信号进行过滤让需要的信号通过抑制不需要的信号主要目的为了解决不同频段不同形式的无线通讯系统之间的干扰问题其特性可以用通带工作频段插入损耗带内波动带外抑制端口驻波比隔离度矩形系数功率容量群时延指标来描述
波导滤波器Q值高，插损小，温度稳定性好，特别 适合于窄带应用。在1.7～26GHz的频率范围内可实 现0.2％～3.5％带通滤波，在各种要求高性能滤波特 性的军用电子产品中被广泛使用。波导滤波器中比 较常见的有两种：金属波导滤波器（直接耦合式） 和基片集成波导滤波器。
金属波导滤波器：
什么是电子电路中的滤波器及其分类
什么是电子电路中的滤波器及其分类电子电路中的滤波器是用于改变电信号波形或频率特性的电子元件。
其主要作用是滤除或衰减信号中的某些频率分量，使得输出信号更加平滑或满足特定的频率要求。
滤波器在各种电子设备中广泛应用，例如音频设备、通信系统、电源电路等。
本文将介绍什么是电子电路中的滤波器及其分类。
一、滤波器的定义滤波器是指通过对输入信号进行处理，以改变信号频率特性或波形的电子元件。
滤波器的基本工作原理是利用电感、电容等元件对不同频率的信号进行分离或抑制。
通过选择不同的滤波器类型和参数，可以实现对特定频率范围的信号的滤波效果。
二、滤波器的分类滤波器根据其频率特性和设计目的可以分为多种类型，常见的滤波器分类如下：1. 低通滤波器（Low-pass Filter）低通滤波器用于通过或增强低频信号，同时抑制高频信号。
它可以滤除输入信号中高于截止频率的频率成分，并将低频信号通过，常用于音频放大器、功放等电子设备中。
2. 高通滤波器（High-pass Filter）高通滤波器与低通滤波器相反，它用于通过或增强高频信号，同时抑制低频信号。
高通滤波器可以滤除输入信号中低于截止频率的频率成分，并将高频信号通过，常用于音频、视频信号的处理以及通信系统中。
3. 带通滤波器（Band-pass Filter）带通滤波器用于通过或增强某一频率范围内的信号，同时抑制其他频率范围的信号。
它可以滤除输入信号中低于和高于特定频率的频率成分，并将中间频率范围内的信号通过，常用于收音机、调频广播等设备中。
4. 带阻滤波器（Band-stop Filter）带阻滤波器与带通滤波器相反，它用于抑制某一频率范围内的信号，同时通过其他频率范围的信号。
带阻滤波器可以滤除输入信号中特定频率范围的信号成分，常用于干扰抑制、滤波和陷波等应用中。
5. 陷波滤波器（Notch Filter）陷波滤波器是一种特殊的带阻滤波器，主要用于抑制单一频率的信号。
陷波滤波器可以突出或压制特定频率的信号，广泛应用于消除干扰信号以及通信系统中的频率选择。
滤波器技术(4)-介质滤波器
耦合方式1(从盖板上加螺杆,随着螺杆的深入耦合将减小,适 合排腔复杂场合)
耦合方式2(从侧面加螺杆,随着螺杆的深入耦合加强,适合一字型 排腔场合)
3.4 非相邻腔之间的(交叉)耦合Nonadjacent Coupling
交叉耦合可以用来实现提高滤波器性能,比如准椭圆函数,时延和非对 称响应.以下为三个一组和四个一组的交叉结构及他们的等效电路.
滤波器技术(4) Filter Technology(4)
TE01δ模介质滤波器
TE01δ Mode DR Filter
1.发展背景 Background
由于无线电通信技术的发展，低成本、更有效、高品质的无 线通信收发系统需要高性能的滤波器。介质谐振腔体滤波器由 于其体积小，损耗小,选择性高而逐渐广泛应用到各类通信基站 中, 在即将到来的3G通信领域拥有广阔的市场前景。它的研究 与开发，是今后滤波器发展的重点之一。
BW为滤波器实际带宽，Ms1为外部与第一腔的耦合 矩阵值。
Qe1 1/(W * M ),W BW / fo
2 S1
Qen 1/(W * M ),W BW / fo
2 Ln
由以上两公式可以推算出反射时延与耦合矩阵值的 关系
t1 636.6 /( BW * M )
2 S1 2 ln
最常用的介质谐振器形状有矩形,圆柱形和圆环形.其中 矩形介质谐振器的工作主模为TE11δ;圆柱形介质谐振器 的工作主模为TE01δ模,如下图所示:
内部的电磁场结构 Inner electromagnetic field
TE01δ模介质谐振器实物照片
典型尺寸: 腔体直径/介质外径>1.5倍(太小影响Q值) 外径/高度=2.5(提高Q值,避开TM模) 内 /外径比最大可到0.35(在频域上使基模与高次模分开, 方便安装 )
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交叉耦合分析
在上图中,磁耦合为一个正耦合并用一个电 感表示;而对于不相邻但符号相同的耦合,我 们看作一个负耦合,并用一个电容表示. 我们可以发现,通过三个一组和四个一组平 面的窗口结构实现的交叉耦合符号不一样, 只是因为中间多了一个金属片. 这点与其它的腔体滤波器比如波导和梳状 线不一样,因为工作模式的电磁分布不一样.
BW为滤波器实际带宽，Ms1为外部与第一腔的耦合 矩阵值。
Qe1 1/(W * M ),W BW / fo
2 S1
Qen 1/(W * M ),W BW / fo
2 Ln
由以上两公式可以推算出反射时延与耦合矩阵值的 关系
t1 636.6 /( BW * M )
2 S1 2 ln
最常用的介质谐振器形状有矩形,圆柱形和圆环形.其中 矩形介质谐振器的工作主模为TE11δ;圆柱形介质谐振器 的工作主模为TE01δ模,如下图所示:
内部的电磁场结构 Inner electromagnetic field
TE01δ模介质谐振器实物照片
典型尺寸: 腔体直径/介质外径>1.5倍(太小影响Q值) 外径/高度=2.5(提高Q值,避开TM模) 内 /外径比最大可到0.35(在频域上使基模与高次模分开, 方便安装 )
2.2 介质谐振腔的结构
Tuning Element: metal or dielectric Support: Alumina
Enclosure: Aluminum cavity Adhesive: Proprietary
2.3 介质谐振器的形状及电磁场型 Shape & Electromagnetic Field Distribution
2.4 介质谐振器的工作原理 Principium
电壁 Electric Wall
电场的切向方向为零,磁场的法向方向为零.它能使电磁波 产生完全反射,没有透射波穿过电壁. 经典的电壁为理想导体壁(电阻率为零). 通过导体壁围成的一个金属空腔,一旦有适当频率的电磁波 入射,波将在壁上全反射,并在腔内形成电磁驻波,发生电磁 谐振. 非理想导体壁形成的金属空腔 →
3.7.2 滤波器通带偏移(与高温测试偏移不同)
解决办法:
A.提高谐振器Q 值 B.在满足高低温的条件下,尽量使介质谐振器的频率温度系数 (绝对值)小. C.提高支撑柱与粘胶的热传导率,在满足Q的前提下减短支撑 柱的高度
D.改变滤波器内部的交叉耦合
以下两种方案中,采用对称交叉耦合的方案佳.
4.介质滤波器设计方法 Procedures
在实际的滤波器调试中,如果能将抽头的外部Q值(或时延和 相位)调到理 论理, 通带就可以很容易地升起来了,也不需要反复地” cut and try”. 特 别是调试介质滤波器的时候. 外部Q值与抽头反射时延关系:
fo Qe
bw
fo
(636.6 / t )
bw为耦合带宽,t为抽头反射时延
外部Q值与耦合矩阵值的关系
频率温度系数
Temperature Coefficient
频率温度系数的计算公式如下: (单位为PPM/℃)
介质谐振器的频率温度系数 VS 滤波器的频率温度系数
通常介质谐振器在成型后会有一个固有的频率温度系数，它的 测量由介质供应商在专门的不膨钢结构的夹具中来完成，它一 般不会生产为0 PPM/℃ 。 而我们的铝材空腔谐振单元在工作频带也存在一个频率温度系 数,它也不会为 0 PPM/℃。 滤波器的频率温度系数可以近似由以下公式计算：
其中
=Loaded Q
Loaded Q值测量方法1
悬空的耦合环,垂直于电场
Loaded Q值测量方法2
接地的耦合环,垂直于磁场
谐振频率Fo和相对介电常数 Resonant Freq.& Relative Dielectric Constant
从下面的公式我们可以得出两个结论:
介电常数一定,体积越大,频率越低 体积一定,介电常数越高,频率越低 公式中体积V的单位为 Fo的单位为GHz
生产 (调试)
介质滤 波器
3.3 相邻腔之间的耦合 Adjacent Coupling
腔间的耦合通过耦合窗口实现，耦合窗口结构的设计要考 虑电磁场排列。窗口应该开在磁场最强的地方，且要与磁 场方向平行,建议开口方向如下:
为了保证 TM01模远离TE01模，窗口的宽度W不能太大, 这是由于TM01模的耦合要比TE01模强，且对频率的调节 更敏感.(两模频率调节方向相反)
tn 636.6 /( BW * M )
3.7 平均功率容量 Average Power Capacity
介质滤波器的平均功率容量不高,如果强行加载高平均功率 会带来两个问题:
3.7.1 谐振器炸裂
主要是介质谐振器供应商在谐振器技术上的体现。介质供 应商，应该制造可靠性非常高的谐振器，选择适当的粘胶， 适当的支撑柱设计，优良的制造、粘结工艺。
滤波器技术(4) Filter Technology(4)
TE01δ模介质滤波器
TE01δ Mode DR Filter
1.发展背景 Background
由于无线电通信技术的发展，低成本、更有效、高品质的无 线通信收发系统需要高性能的滤波器。介质谐振腔体滤波器由 于其体积小，损耗小,选择性高而逐渐广泛应用到各类通信基站 中, 在即将到来的3G通信领域拥有广阔的市场前景。它的研究 与开发，是今后滤波器发展的重点之一。
滤波器的频率温度系数≈介质的频率温度系数+空腔的频率温度系数 （经验公式,有待考证）
在滤波器的制作过程中，需要适当调整介质谐振器的频率温度 系数，使它与空腔的频率温度系数一正一负且大小相等，最终 实现滤波器的频率温度系数接近于零(解决温漂问题).
3 介质滤波器 DR filter
3.1 构成 Structure
金属空腔滤波器
磁壁 Magnetic Wall
电场的法向方向为零,磁场的切向方向为零.它也能使电磁 波产生完全反射,没有透射波穿过磁壁. 经典的近似磁壁为高介电常数的介质面.
既然电壁所构成的空腔可以作为微波谐振器,显然,由高K材 料做成的介质谐振器也可以作微波谐振器,所不同是对于 介质谐振器而言,电磁能量大部分被禁固在介质谐振器内 部,导致提高Q值的同时却给介质滤波器的调试带来困难
耦合方式1(从盖板上加螺杆,随着螺杆的深入耦合将减小,适 合排腔复杂场合)
耦合方式2(从侧面加螺杆,随着螺杆的深入耦合加强,适合一字型 排腔场合)
3.4 非相邻腔之间的(交叉)耦合Nonadjacent Coupling
交叉耦合可以用来实现提高滤波器性能,比如准椭圆函数,时延和非对 称响应.以下为三个一组和四个一组的交叉结构及他们的等效电路.
2.介质谐振腔 DR resonant cavity
2.1 介质谐振器的物理组成
介质谐振器由高介电常数、低损耗和低频率温度系数的 微波介质粉末材料（如：钛酸钡，锆酸盐，钛酸锆锡等） 经混合高温烧结而成，这些介质材料通常都具有优良的电 磁特性。 为了减小介质谐振器放入腔体后的损耗，提高介质谐振 器的Q值，通常选择支撑柱来支撑介质谐振器。支撑柱通 常选用低损耗，介电常数相对于谐振器来说很低的介质材 料，通常我们使用的是Al203 .
五腔三飞
以下为一个典型的介质滤波器五腔三飞结构,等效电路如右图
1
2
3
5
4
上述等效电路可以分解为三个CT结构:
根据以往的相位分析法可知,每个CT结构将在通带左端产 生一个零点.
1 2 2 3 2
5
4
5
4
传输函数曲线
3.5 输入输出耦合(抽头) Input/Output Coupling
电耦合
镰刀形状的接地环,调整环与介质谐振器的间 距可以调整 耦合强弱
将若干个介质谐振单元通过合理的级间耦合(相邻&非相邻)和输入输 出耦合构成的能完成滤波功能的二端口网络.
3.2 优缺点Advantage & Disadvantage
相对பைடு நூலகம்金属空腔滤波器而言,介质滤波器具有如下优缺点,
Q值/体 积V
温度稳 定性
峰值 功率
相对 带宽
成 寄生模 平均 本 (谐波) 功率
磁耦合
一端接地的金属柱,与介质谐振器垂直放置.一般在金属柱 上焊接抽头,调整抽头对地高或金属柱与介质谐振器的间 距可以调整耦合强弱.(适合于耦合较弱场合)
金属空腔耦合
输入输出为一个与介质谐振器垂直放置的金属空腔(适合 于耦合较强场合,谐波改善的同时Q下降)
3.6 外部Q和抽头时延 External Q & Delay
4.1 通过仿真确定节数,单腔大小和Q值,交叉耦合的位置及符 号,耦合矩阵(系数) 4.2 通过规范要求选择合适的级间耦合方式及输入输出耦合 方式 4.3 设计介质谐振器和支撑柱 调节器,谐振频率,安装方式,尺寸,介电常数(介质材料)等 4.4 为实现级间耦合和输入输出耦合选择合适的物理模型 4.5 确定窗口尺寸 4.6 安装调试
介质表面反射电磁波示意图
2.5 介质谐振器等效电路 Equivalent Circuit
2.6 调节器 Tuning element
如前所述,介质谐振腔的调节器可以为金属,也可以为介 质.通过调节调节器与介质谐振器的间距,可以影响介质谐 振器外部的电磁场结构进而调整频率,最终实现特定的滤 波器传输特性.
两耦合腔间的磁结构
通过窗口的切线方向的磁场，看起来是不连续的，因为工作模 式(TE01)的磁场通过窗口时改变了符号。但是部分磁场(比如高 次模产生的)会占据耦合窗口周围的空间，使得整个切线方向的 磁场能连续的通过边界。 工作模式(TE01)在两相邻腔之间的磁场方向对于决定非相邻腔之 间的耦合符号非常重要.
2.7 介质谐振器的性能指标 Electrical Characteristics