介质滤波器设计
1800MHz微波介质滤波器的设计
III
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果 近我所知 除文中已标明引用的内容外 本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的 研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 樊 鹏 日期 2005 年 7 月 15 日 本人完全意识
1896 年马可尼发明了无线电报 他在 1901 年把长波无线电信号从英国西南部
的康沃尔跨过大西洋传送到 1800 英里之外加拿大纽芬兰岛的圣约翰斯 这项发明 使得双方可以通过彼此发送模拟信号编码的字母 数字符号来进行通信 一个世纪 以来 无线电技术的发展为人类带来了电视 移动电话和通信卫星等科技产品 现 在 几乎所有类型的信息都可发送到世界的各个角落 通信的迅猛发展带动了通讯 终端设备电子元器件的同步发展 在通信发展早期 滤波器在电路中就一直扮演极 为重要的角色 通信设备使用要求的特殊性使得人们对通信系统装备的重量和尺寸 要求都极高 特别是对移动通信系统中滤波器的小型化 轻便化 高频化 低功耗 化方面的要求 在通信设备中 只有减小了滤波器的体积才能使得系统进一步小型 化 而且滤波器的性能影响整个设备的性能 所以在通信领域里 追求体积小 性 能好的微波滤波器一直是人们极为感兴趣的目标 1915 年 波器设计方法 德国科学家 K.W.Wagner 开创了一种以“瓦格纳滤波器”闻名于世的滤 与此同时在美国 G.A.Canbell 发明了另一种以镜像参数法而知名的
滤波器技术(4)-介质滤波器
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
无线通讯系统中介质谐振天线与滤波器的设计
无线通讯系统中介质谐振天线与滤波器的设计
无线通讯系统中介质谐振天线和滤波器都是非常重要的元件，可以用于帮助调整和优化信号的传输和接收。
介质谐振天线设计：
1. 确定天线工作频率和带宽
2. 选择介质材料和天线结构，常用的有微带线和陶瓷贴片天线等。
3. 计算天线长度和宽度，并优化天线结构以实现更好的匹配。
4. 使用电子仿真软件对天线进行模拟和分析，以确定天线的性能和优化设计。
滤波器设计：
1. 确定滤波器的中心频率和带宽。
2. 选择滤波器类型，如低通、带通、高通或带阻滤波器等。
3. 确定滤波器的阶数，以实现更好的滤波性能。
4. 根据所选滤波器类型和参数计算电路元件的值，包括电感、电容和电阻等。
5. 使用电子仿真软件对滤波器进行模拟和分析，以确定其性能和优化设计。
总之，介质谐振天线和滤波器是无线通讯系统中不可或缺的设计元件，通过科学合理的设计和优化，可以提高系统性能和信号质量，从而实现更稳定和可靠的无线通讯。
介质腔体滤波器设计[]
![介质腔体滤波器设计[]](https://img.taocdn.com/s3/m/963b78a384868762caaed56b.png)
目次1引言 (1)1.1 介质谐振器的发展和应用 (1)1.2 介质滤波器的特点及应用 (3)1.3 本文的主要研究内容 (3)2介质腔体滤波器的理论设计 (4)2.1滤波器基本原理 (4)2.2 介质腔体滤波器的线路设计 (8)2.3 介质腔体滤波器的微波实现 (10)3 腔体介质滤波器的仿真设计 (15)3.1 Ansoft HFSS软件介绍 (15)3.2 腔体介质滤波器的工作原理 (17)3.3 腔体介质滤波器的仿真过程 (17)4 腔体介质滤波器的生产与调试 (20)4.1 介质谐振器与截止波导的生产 (20)4.2 滤波器的调试 (22)5 滤波器的测试结果及分析 (22)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)1 引言1．1 介质谐振器的发展和应用微波介质谐振器是国际上70年代出现的新技术之一。
1939年，R ．D ．Richtmyes 就提出非金属介质体具有和金属谐振腔类似的功能，并把它称为介质谐振腔。
但是直到六十年代末才开始使用到微波电路中。
国内七十年代就有人研究，八十年代初报导了有关研究成果。
介质谐振器是用低损耗、高介电常数的介质材料做成的谐振器，已广泛应用于多种微波元器件中。
它具有如下特点：①体积小，由于材料的介电常数高，可使介质谐振器的体积小至空腔波导或轴谐振器的1/10以下，便于实现电路小型化；②Q 0值高，高0.1-30GHz 范围内，Q 0可达103-104；③基本上无频率限制，可以适用到毫米波（高于100GHz ）；④谐振频率的温度稳定性好。
因此，介质谐振器在混合微波集成电路中得以广泛的应用。
目前，介质谐振器已用于微波集成电路中作带通和带阻滤波器中的谐振元件、慢波结构、振荡器的稳频腔、鉴频器的标准腔等。
①在微波集成电路中，介质谐振器的形状通常为矩形、圆柱形和圆环形。
介质谐振器的谐振频率与振荡模式、谐振器所用的材料及尺寸等因素有关。
分析这个问题的方法早期是用磁壁模型法，即将介质谐振器的边界看成磁壁来分析，这种方法的误差较大，达10％。
一种介质波导双模滤波器设计方法
一种介质波导双模滤波器设计方法
前言：本文旨在介绍一种简单的介质波导双模滤波器设计方法，用以指导滤波器工程师设计基站介质波导滤波器。
一、简介
随着通信系统设备小型，轻量化，高性能的发展，对前端频率选择性器件也提出了更高要求。
伴随5G通信系统标准的逐步确定，高性能，小体积，轻量化的介质波导滤波器时最佳选择。
本文介绍了一种介质波导双模滤波器的设计方法，供经验不多的滤波器设计工程师学习，高手跳过。
二、介质波导滤波器介绍
本文讲解的介质波导滤波器，基于TE模的介质波导双模滤波器Q值高，损耗小，功率容量大等优点。
因此，在设计此类双模滤波器时，以往的多端口计算设计方法是否可以沿用，是本文讨论的重点。
下图为单谐振器中的四个模式：
通过以上电场分布图可以观察到，单腔双模，单腔三模可以自由选择。
在高次模出现的频率点上，通过选择介电常数，与控制谐振腔尺寸，对高次模进行优化。
尽量拉远高次模出现的频率，减小对通带的影响。
三、设计过程
3.1 多模滤波器的设计，通带电性能的评估，和单模的评估是一样的，只是在Q值的评估中，多模的Q值是要高于单模的，这个可以根据本征模的仿真中观察到。
下图为一个双腔4模滤波器的原理评估仿真结果：
3.2 耦合带宽以及输入输出QL
3.3 HFSS中计算输入输出耦合。
一种高Q值的TE_01_模介质滤波器的设计与实现
新特器件应用
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．３ ＭａFra bibliotek． ２００７个）， 通过调节每个调谐螺钉可最终实现滤波器 的良好性能。该谐振器的激励方式采用探针耦 合， 即用一根直径为０．９ ｍｍ的镀银铜线将环绕介 质块弯曲大约３０度。
图４所 示 是 利 用ＨＰ８７２０Ｄ矢 量 网 络 分 析 仪 对 该滤波器进行测试的试曲线图。
图１ 截止波导型介质谐振器带通滤波器 本设计的滤波器的主要技术指标如下：
中心频率： １ ９１５ ＭＨｚ； １ ｄＢ带宽≥９ ＭＨｚ； 中心插损≤１ ｄＢ； 带 外 抑 制 ≥４０ｄＢ＠１９０５ＭＨｚ， ≥ ４０ｄＢ＠１９２５ＭＨｚ； 驻波≤１．６。 由现代微波滤波器的设计理论 ［３］， 采用切比 雪夫低通原型， 并根据已知的带宽、频率、带外 抑 制 、 驻 波 可 算 出 该 滤 波 器 的 阶 数ｎ为６， 而ｇ１、 ｇ２、ｇ３、ｇ４、ｇ５、ｇ６各 参 数 值 的 具 体 设 计 公 式 可 参 考文献 ［３］， 这里不再祥述。事实上， 不管是用 传统同轴谐振腔， 还是介质谐振腔来实现微波滤 波器， 都必须在谐振腔之间施加电磁耦合， 才能 实现有关滤波器的响应。因此， 耦合系数的计算 和设计既重要又关键， 而且计算十分复杂。根据 通带相对带宽Ｗ， 用参考文献 ［４］ 所述的模匹配 方法来计算耦合系数， 便可计算出滤波器所需的 各谐振腔之间的耦合系数， 本设计的计算结果 为 ： Ｋ１２ ＝０．００４４； Ｋ２３ ＝０．００３２； Ｋ３４ ＝０．００３； Ｋ４５ ＝ ０．００３２； Ｋ５６＝０．００４４。 腔与腔之间常用的耦合结构有直接耦合、探 针或环耦合、孔耦合。在耦合系统中采用探针、 环等不仅影响滤波器的体积， 而且会对性能有影 响。在谐振器之间的腔壁上沿水平方向开一个长 方形孔是一个有效的方法， 而且这个方法适合用 模式匹配法来进行分析。所以， 本文的滤波器结 构采用直接耦合， 并通过耦合窗等耦合结构来起 变换作用， 以将电磁波耦合至谐振器。腔与腔之 间耦合的强弱可通过调整耦合窗的大小来实现。 通过对介质滤波器谐振频率和介质块之间的 耦合系数的理论计算， 可以得出相应滤波器所需
介质多模滤波器的仿真设计
介质多模滤波器的仿真设计朱其玉（上海贝尔股份有限公司上海201206）摘要：文章介绍了一种新型的工作在3.5GHz 的三模介质波导滤波器，设计采用介电常数为36.5的低损耗介质材料。
通过改变矩形介质的对称性，使该滤波器中的三个简并模式TE101，TE011和TM110之间产生相互耦合，并可在特定的位置形成传输零点。
文章通过三维电磁仿真软件设计了一款基于三模谐振器技术的七阶滤波器，由两个三模谐振腔与一个单模谐振腔级联而成。
与单模介质波导滤波器相比，体积更小，性能更优。
关键词：介质；多模；滤波器中图分类号：TN713.3文献标识码：ADesign and Simulation of Multiple-Mode Ceramic FiltersZHU Qi-yu(Shanghai Bell CO.,Ltd.Shanghai 201206袁China)Abstract ：In this paper,a novel triple mode ceramic waveguide filter working at 3.5GHz is presented,low loss dielectric material of which dielectric constant is 36.5is deployed to design the filter.By introducing asymmetry,the three degenerate modes TE101，TE011andTM110are coupled inside each triple mode block,and generate transmission zeros at defined frequencies.A seven-pole filter based on multiple-mode resonators are designed with full wave EM simulator,consists of two triple mode block and one single mode paring with single mode ceramic waveguide filter,the new design could realize a smaller size and better performance filter.Key words:ceramic;waveguide;multiple-mode ;filters收稿日期：2017-05-08作者简介：朱其玉（1983-），男，安徽人，滤波器研发工程师，硕士，主要研究方向：无线基站滤波器设计。
高可靠性贴片式介质滤波器的设计与制作
1. 1 方案的确定 本实验研究的是 1 420. 5 M H z 小体积、低插损
的贴片式介质滤波器, 其技术要求如表 1 所示。其 外形尺寸为 12. 1 m m 8. 1 mm 4. 5 mm 。贴片式 介质滤波器外形如图 1 所示。实验采用 ZT S 系材 料制作独块状微波陶瓷 T EM 模介质谐振器为滤波 器的谐振子。
求 QC 和 QR 大。也就要求谐振子即谐振器所形成
的金属膜材料的电导率和与介质材料附着力大, 还
要求材料 QR 大。实验同轴谐振器采用 r = 37 的陶
瓷材料, 先用化学 镀银后再电镀银 形成同轴电极。
因银电导率很大。此外, 谐振器 Q 还与外形尺寸有
关。实验等效同轴谐振器截面是正方形, 内导体的
由滤波器技术要求知, !f / f 0= 0. 42% , 属于窄 带滤波器, 其电容 C12 和 C23 分别由 3 个通孔周围的 银层( 电容) 来形成耦合便可满足需要, 选用独块状 结构[ 2] , 由于该结构内部无焊点, 有效地提高了产品 可靠性。由图 1 可知, 输入和输出电容 C01 和 C34 是 经精细加工"直角状" 的独立方形银层( 电极) , 该电 极的面积与周围电极形成耦合电容, 耦合电容大小 由电极的面积来决定。由于滤波器输入和输出端均
关键词: 滤波器; 微波陶瓷; 设计原理; 可靠性
中图分类号: T N 713
文献标识码: A
Design and Manufacture of SMD Dielectric Filter with High Reliability
WU Jian qiang
( D ept . of M at erial En gineering, Jin gdezh en Inst it ut e of Ceramic, J ingdez hen 333001, China) Abstract: T he design o f the SM D dielect ric filter w ith small size, lo w inser tio n lo ss and hig h reliability is dis cussed in this paper . T he filter is designed by Chebysher resonance method, and made fro m high Q factor dielect ric Ceramic mater ials, of w hich the dielectr ic constant is 37. T he center fr equency o f the filter is 1 420. 5 M Hz and in sertio n loss less than 2. 5 dB. T he test results show that the filter meets the requir ements of the special communica tio n applications at 1 000 M H z to 1 500 M H z. Key words: filters; micro wave cer am ic; design principle; reliability
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
基于准椭圆函数响应的超宽带介质滤波器设计
基于准椭圆函数响应的超宽带介质滤波器设计李明（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）摘要：设计、分析并制作了工作于S波段的超宽带介质滤波器。
滤波器采用三角元件级联（CT）式耦合拓扑结构，利用圆柱体金属同轴作为谐振单元，周围填充介质，通过各谐振器间的耦合系数的计算与仿真，设计出一种具有多个传输零点的准椭圆函数响应介质滤波器。
测试结果表明，该滤波器相对带宽达到70%，通带外产生3个传输零点，具有良好的滤波特性，从而证实了本文中方法的正确性和实用性。
该滤波器具有插入损耗小、带内回波损耗高、良好的带外抑制特性以及小型化设计等优点，在航空、航天领域中具有良好的应用前景。
关键词：介质滤波器；超宽带；椭圆函数；交叉耦合；传输零点中图分类号：TN713+.5；TJ760文献标识码：A文章编号：1673-1131（2019）02-0088-03Design of Ultra-Wideband Dielectric Filter Based on Quasi-Elliptic Function ResponseLi MingAbstract:An ultra-wideband dielectric filter operating in the S-band was designed,analyzed,and fabricated.The filter adopts a triangular element cascade(CT)coupling topology,which uses a cylindrical metal coaxial as a resonance unit and is filled with a surrounding medium.Through the calculation and simulation of the coupling coefficient between the resonators,a quasi-ellip-tic function response dielectric filter with multiple transmission zeros is designed.The test results show that the relative ban-dwidth of the filter reaches70%,and three transmission zeros are generated outside the passband,which has good filtering char-acteristics.This confirms the correctness and practicability of the method in this paper.The filter has the advantages of small in-sertion loss,high in-band return loss,good out-of-band rejection characteristics and miniaturization design.It has a good appli-cation prospect in the aviation and aerospace fields.Key words:dielectric filter;ultra-wideband;elliptic function;cross-coupling;transmission zero0引言如今，随着超宽带系统[1]的快速发展，具有低损耗、高灵敏度以及较小体积的超宽带滤波器得到了广泛应用。
900+MHz独块状介质带通滤波器的设计与制备
第3 期
赵 俊等: 900 M~Z 独块状介质带通滤波器的设计与制备
- 69 -
向分量为零 它与磁壁对偶[2 ] . 另外 这两个 TE M 模具有不同的特性阻抗 即偶模阻抗 Z oe 和奇模阻 抗 Z oo .Z oe 表示方向相同的 电 流 通 过 两 导 体 孔 时 一导体孔对地的特性阻抗;Z oo 定义为方向 相 反 的 电流通过两导体孔时 一导体孔对地的特性阻抗. 它们与导体孔对地的静电容有关 这些静电容又
得
Z 12 = 2Z Z 0e1 / 0o1 (Z 0e1 -Z 0o1 > ; 由式(6 > 和式(7 > 有
Z 12 = 4Z Z 0e2 / 0o2 (Z 0e2 -Z 0o2 > . 对于 两 接 地 板 间 放 有 两 个 圆 杆 的 平 行 耦 合
线 当 D/ W r0 .55 和S/ W ＞2 D/ W 时 其偶模和 奇模阻抗近似为[4 ]
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 )
S波段窄带介质滤波器的分析与设计
(上接第 51 页) 由于功能组件采用软件实现 ,当有新算法出现时 ,只 要将实现新算法的程序加入到算法库中即可 ,这种便捷的 升级方式使得系统非常适合用于新算法的研究 、验证和 实现 。
参 考 文 献
[ 1 ] Software Defined Radio ( SDR) Forum [ EB/ OL ] . http :/ / www. sdrfo rum. org ,2005.
ω′ ω1′=
2 Δ
ω- ω0 ω0
( 3)
式中 : Δ = Δωω0 ,ω0 = 2π ×f 0
耦合系数 k 和外部 Q 值由下式算出 :
kj , j+1
Δ
ω′ = j =1～n- 1 1
g j g j+1
( Qe) 1
=
g0 g1ω1′ Δ
(4)
( Qe) n
=
gn g n+1ω1′ Δ
(2) 根据前面的分析 ,可由下式介质谐振器的尺寸和 间距 :
[ 2 ] Real time CORBA wit h TAO ( The ACE ORB) [ EB/ OL ] . http :/ / www. cs. wustl. Edu/ ? schmidt/ TAO. ht ml.
[ 3 ] 佟学简 ,罗涛. O FDM 移动通信技术原理与应用 [ M ] . 北京 : 人民邮电出版社 ,2003.
co s2
βL 2
-
(-
sh2αi h i
1) φi
sh2α1 h1 2αi h i
-
1
(3) 由下式可计算出探针和介质谐振器的间距 :
S
=
γ10
1 sec
滤波器设计有哪些步骤？
滤波器设计通常包括以下步骤：明确设计要求：确定滤波器的类型、频率范围、阻带衰减要求、插入损耗限制等，以及所需的性能指标和参数。
确定滤波器结构：根据设计要求，选择适合的滤波器结构，如低通、高通、带通、带阻等。
常见的滤波器结构包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等。
计算滤波器系数：根据设计要求和所选定的滤波器结构，计算滤波器的系数。
这一步通常需要运用数学和数字信号处理的基本原理，如傅里叶变换、拉普拉斯变换等。
优化滤波器性能：根据设计要求和计算出的滤波器系数，优化滤波器的性能，包括调整滤波器的阶数、调整系数的值等。
实现滤波器：将计算出的滤波器系数应用于实际的信号处理中，实现滤波器的功能。
这一步通常需要编写代码或使用相应的软件工具。
测试与验证：对实现的滤波器进行测试和验证，确保其性能符合设计要求。
测试过程中可以使用仿真信号或实际信号，通过比较滤波前后的信号，评估滤波器的性能。
总之，滤波器设计是一个复杂的过程，需要综合考虑设计要求、滤波器结构、性能优化和实现等多个方面。
在实际应用中，还需要根据具体情况选择合适的算法和工具进行滤波器设计。
滤波器技术4-介质滤波器
编辑课件
20
3.2 优缺点Advantage & Disadvantage
相对于金属空腔滤波器而言,介质滤波器具有如下优缺点,
Q值/体 温度稳 峰值 相对 成 寄生模 平均 生产
积V
定性 功率 带宽 本 (谐波) 功率 (调试)
介质滤 波器
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21
3.3 相邻腔之间的耦合 Adjacent Coupling
编辑课件
39
4.介质滤波器设计方法 Procedures
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
bw为耦合带宽,t为抽头反射时延
编辑课件
34
外部Q值与耦合矩阵值的关系
BW为滤波器实际带宽，Ms1为外部与第一腔的耦合 矩阵值。
Qe11/(W*MS21),WBW/ fo Qen1/(W*ML 2n),WBW/ fo
编辑课件
35
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*MS21) tn 636.6/(BW*Ml2n)
编辑课件
27
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
编辑课件
4
28
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.
基于Mie谐振的全介质滤波器设计
基于Mie谐振的全介质滤波器设计滤波器作为微波通信中一种十分关键且普遍使用的微波元件,其自身性能的差异会影响整个通信系统的使用。
超材料的诞生为滤波器的构造提供了新的思路。
由于成本较低、工艺简单、性能优异,全介质左手材料受到广大科学工作者青睐,产生的多种谐振模态也使得其在制作各种光学元件上拥有着突出的优势。
人工结构在光学元件的设计中发挥着越发关键的作用,在对超材料微波滤波器进行的研究和结构设计中引入Mie谐振机理,用具有高介电常数的介质结构替代目前广泛应用的金属结构来产生谐振,也就是用介质结构产生的位移电流替代金属结构激发的导电电流,以此构建新式的左手介质材料结构,可进一步发挥左手介质特性的优势,提升滤波器的性能。
本文着重研究基于Mie谐振的全介质左手材料构造微波带通滤波器。
由于在全介质棒状结构中Mie谐振的第一级磁谐振和第一级电谐振会在同一频率范围内产生杂化耦合效应,因此本文采用全介质左手材料棒状结构。
首先,选取高介电、低损耗的钛酸钙(CaTiO3)陶瓷材料,采取多排全介质棒状结构得到了一种微波频段可调的宽带滤波器,该结构产生的杂化耦合模态使其在X波段(8-12GHz)上得到了一个明显的谐振峰。
随着其传播方向上层数的增加,利用CST Microwave Studio软件仿真了 5排全介质棒状结构,产生了优异的带通滤波效果,此时滤波器的中心频率为9.20GHz,3dB带宽为532MHz,插入损耗为2dB,且边带陡峭。
并对5排陶瓷棒状结构进行仿真,对改变沿y轴方向的排数和尺寸、改变沿x轴方向的尺寸以及改变棒状结构间的中心距离这四个方面进行模拟仿真,系统地分析了这些参数对所设计的带通滤波器的性能产生的影响。
进一步地,本文选取钇铁石榴石(YIG)材料,通过对铁氧体棒状结构的优化设计,使得Mie谐振的杂化耦合效应和铁氧体的铁磁共振现象在同一频率范围内产生。
利用CST Microwave Studio工具仿真了5排铁氧体棒状结构,得到一个良好的带通滤波效果,此时滤波器中心频率为9.35GHz,3dB带宽为330MHz,通带内插入损耗在1dB左右。
416MHz同轴介质滤波器设计
416MHz同轴介质滤波器设计
刘志新;艾娟
【期刊名称】《通信与广播电视》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】采用1／4波长同轴型微波介质谐振器设计滤波器，根据微波传输理论计算滤波器的初始尺寸，利用电磁仿真软件HFSS对设计的滤波器参数进行了仿真和优化，得到了满意的结果。
并详细讨论谐振器长度、谐振孔半径的变化对滤波器性能的影响。
【总页数】5页(P63-67)
【作者】刘志新;艾娟
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TN925
【相关文献】
1.耦合微波介质同轴谐振器的带通滤波器设计 [J], 龙振杰;吴国安;汤清华;宋旭
2.基于HFSS的SIR同轴腔体窄带带阻滤波器设计 [J], 杨中婕;陈董
3.60 GHz 缺陷态同轴布喇格波导窄带带通滤波器设计及性能分析 [J], 赖颖昕;谭永明
4.S频段低无源互调同轴滤波器设计 [J], 王琪;狄学峰;李秋强;崔万照
5.基于同轴线的低通滤波器设计 [J], 仲维扬
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支撑结构
介质谐振器通常使用由低介电常数材料的支撑结构镶嵌在腔 体中。 （例如， Trans- Tech 公司的支撑材料 εr = 4.5； tanδ= 0.0002）。 在介质谐振器和支撑材料之间一般还会有一层粘结材料。 组合以后的介质谐振器支撑介质通常通过金属螺钉或塑料螺 钉被镶嵌在腔体中。如果不能恰当地设计支撑结构，支撑结 构会非常明显地降低腔体的Q值。
理论计算和测试结果
实测插损小于0.46dB,寄生通带特性好于一 般的介质滤波器。
宽带测试结果
可以达到的腔体Q值
介质谐振器供应商标称的 Q值是无载Q值，并 不是实际的滤波器Q值。实际的滤波器Q值决 定滤波器的插入损耗特性。 典型的无载Q值是介质材料损耗角的倒数 （ Q=1/tanδ）。 除了介质谐振器的损耗角之 外，可以达到的滤波器腔体Q值也会受到外壳、 支撑结构和调谐螺钉的影响。
腔体耦合系数
Fig.3 COUPLING COEFFICIENTS BETWEEN TWO APERTURE COUPLED DIELECTRIC LOADED COMBLINE RESONATORS OF THE TYPE SPECIFIED IN Fig. 1, WHEN THE THICKNESS OF THE COMMON WALL BETWEEN THE TWO RESONATORS t=1 mm. EFFECT OF THE TUNING SCREW HAS BEEN IGNORED IN THE COMPUTATION OF THE COEFFICIENTS.
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
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.
TE01δ模的激励
EH11δ模的激励
Байду номын сангаас
电激励
腔体间的耦合
腔体间的耦合系数可以用下面的式子计算；
K=
对称面短路
2 2 f sh - f op 2 2 f sh + f op
对称面开路
腔体间的耦合分成两种类型，一种电耦合（K值为 正）；另外一种是磁耦合（K值为负）。从物理概 念上理解，电耦合主要是通过电场耦合；磁耦合主 要通过磁场耦合。 耦合结构设计也主要从工作模式的场结构来考虑。
调谐机构
由于加工、材料等方面的误差，最后滤波器必 须添加调谐机构。 调谐机构的作用是控制谐振频率或腔体之间的 耦合量。 控制腔体的谐振频率主要通过影响介质之外的 场分布来实现。 调谐机构可以用金属，也可以用介质。 设计时，把调谐机构放置在中间位置。留出调 谐余量。
耦合系数计算结果
TE01δ模介质谐振器的调谐机构
现代滤波器设计讲座（四）
介质滤波器
电子科技大学 贾宝富 博士
序言
在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高。同时，价格也不断降 低。所以，介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于
通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域，同轴谐振腔
外壳的尺寸
增加外壳的尺寸自然会提高腔体的Q值。然而， 外壳的大小通常受到滤波器宽度的限制。对那 些使用膜片耦合的滤波器，谐振器外壳的壁必 须足够靠近介质谐振器以提供滤波器所要求的 耦合量。 方型腔体外壳的典型边长是介质谐振器直径的 1.5–1.7 倍。 外壳所用材料的导电率对滤波器可以达到的Q 值也有影响。
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。
矩形介质谐振器腔体之间的耦合
矩形介质谐振器腔体之间的耦合
单腔多模介质谐振器模式之间的耦合
调谐非简并模与简并 模之间的耦合
通过切角调谐简并模 之间的耦合
三模介质滤波器的耦合调整结构
简并模式耦合系数计算模型
f o2 f e2 k 2 f o f e2
fo --奇模频率
fe
--偶模频率
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
TE01δ模环形介质谐振器之间的耦合
利用膜片耦合TE01δ模介质谐振器
(a)在侧壁的磁场 (b) 耦合膜片结构 (c)在两个耦合腔体之间的磁场 (d)从上面观察到的磁场
(a)四阶腔体具有正的正交叉耦合 (b)三阶腔体具有正的正交叉耦合 (c)四阶腔体具有负的正交叉耦合 (d)三阶腔体具有负的正交叉耦合
滤波器整体仿真
完成滤波器激励结构、耦合和调谐机构的设计 后，就可以进行滤波器的整体仿真。 这项工作在建模阶段需要细心和耐心。合理建 模往往成为是否成功的关键因素。
两腔滤波器
仿真与测试结果
两腔滤波器
仿真与测试结果
基站滤波器成功的设计例子
设计指标：
选用材料：
选用介质谐振器类型和模式