单模介质滤波器技术总结(加强版)

TE01δ模式介质谐振滤波器技术总结

一、前言

由于无线电通信技术的发展，低费用、更有效、更好品质的无线通信系统需要高性能,小体积和低损耗的腔体滤波器。介质谐振滤波器由于其体积小，性能好目前已经逐渐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所在。

1.1 TE01模介质谐振器的工作原理

电磁壁理论

理想的导体壁（电磁率为零）在电磁理论中称为电壁，在电壁上，电场的

切向分量为零，磁场的法向分量为零。电磁波入射到电壁上，将会完全反射回来，没有透射波穿透电壁。因此，用电壁围成一个封闭腔，一旦有适当频率的电磁波馈入，波将在腔的电壁上来回反射，在腔内形成电磁驻波，发生电磁谐振。此时即使外部停止向腔内馈送能量，已建立起来的电磁振荡仍将无衰减维持下去。可见电壁空腔是一种谐振器，电磁能量按一定频率在其中振荡。当然，非理想导体壁构成的空腔，也具有电壁空腔的类似特性，只不过外部停止馈送能量后，起内部已建立起来的电磁振荡，不会长期地维持下去，将随时间而逐渐衰减，终于消逝，成为阻尼振荡。谐振器中电磁振荡维持的时间的长短（时间常数）是其Q值高低的一种度量。

高介电常数的介质的界面能使电磁波发生完全的或者近似完全的反

射。当然，这两类的界面性质不同，其对电磁波的反射特性也不尽相同。电磁波在导体壁上的电场切向分量为零，故入射波与反射波的电场切向分量相消，仅有法向分量，因为合成场的电力线垂直导体表面，亦即垂直电壁；而在高介电常数的介质界面上，磁场的切向分量近似为零，入射波与反射波的磁场切向分量近似相消，合成场的磁力线近似垂直于介质界面。在电磁场理论中，垂直于磁力线的壁称为磁壁，故高介电常数的介质表面可以近似看为磁壁，只有时，才是真正的磁壁。在磁壁上，磁场切向分量为零，电场法向分量为零，它与电壁对偶。既然电壁所构成的空腔可以作为微波谐振器，显然，磁壁周围的介质块可以近似是个磁谐振器，电磁能量在介质块内振荡，不会穿过磁壁泄露到空气里。

介质波导理论

若将一个介质棒变成一个环，令其首尾相连接，并使连接处电磁波有相同相位，该电磁波就能在环内循环传输，成为一个行波环。如果介质损耗非常小，循环时间就很长，于是电磁波被“禁锢”在介质环内，成为一个环形介质谐振器。介质环的最小平均周长，应该是被导波的一个波导波长。上述的谐振条件并未对介质环的形状加以任何限制，所以环可以是圆的，方的或者其他任意形状。此外，环的内径大小对谐振来说也不是实质性的，内径缩小至零，照样能维持谐振，储存电磁能量。

最常用的介质谐振器的形状有矩形，圆柱形和圆环形三种，前两种用的更普遍。矩形介质谐振器的工作模式主模是TE11d模，圆柱形的

有TE01d 模。图中就是两种谐振器的振荡模式。

1.2 介质谐振器的材料

微波介质材料是指在微波频率下使用的介质材料。微波介质材料

对原材料的要求比较高，要获得高质量的材料须严格按照生产工艺操作。微波介质器件是指应用微波介质材料制成的具有某种功能的器件。常见的是介质谐振器、介质滤波器、介质无线块。

TE 模介质谐振器由高Q 值、低损耗和高介电常数的介质材料烧结而成，鉴于9186397x 系列的特殊性，还要求介质谐振器具有适宜的频率温度系数且能够承受较高的功率。若干介质谐振器在截止波导中通过一定的耦合方式级联，辅以适宜的输入输出耦合方式和交叉耦合形成TE 模介质滤波器。当输入信号频率靠近介质谐振器的谐振频率时能低损耗通过，而远离谐振频率的信号则被衰减。

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的介质材料，目前我们使用的是Al 203.

1.3介质谐振器的几种主要结构及尺寸

类型模式形状尺寸适用频率（1）

介质谐振

器

11

/

/0.4

3*10/

:

r

D C f

L D

L D mm

C mm s

f

ε

≈

=

=

、单位为

谐振频率，单位为Hz

SHF频率

<3GHz

（2）同轴谐振

腔

/

{}

4{}

mm s

Hz r

C

I

f

L C f

ε

≈

、、意义、单位同上

UHF频率

<2GHz

（3）带状电路谐振

器

/

/

{}

2{}

{}

4{}

(0.60.9)

mm s

Hz w

mm s

Hz w

r r

C

I

f

C

L

f

ε

ε

εε

≈

≈

=

UHF频率

SHF频率

1.4 TE01 谐振单腔的尺寸设计：

谐振单腔可以是矩形腔体，也可是圆柱腔体，为了保证不使谐振器Qu下降很多，和引入TM模谐振单腔的尺寸最小处大约为谐振器直径的1.5倍，高度约要是谐振器厚度的三倍。为了使TM模远离TE谐振主模,通常在介质谐振器中心开一小孔。

1.5微波介质腔的场型

介质谐振器可以激励三种振荡模式:TE、 TM、HE型振荡模式,本文中主要介绍TE01δ。其场型如下：

1.6介质谐振器与腔体的安装方法

A.金属螺钉安装法

此方法将介质谐振器直接通过镀银的金属螺钉紧固在腔体上，优点是较牢固，能经受实验中的振动、冲击和运输中的要求。但对介质谐振器、支撑柱的形状及金属螺钉镀层有要求，否则由于磁场结构受到螺钉的破坏导致Q值下降或者由于安装误差会造成装配调试上很大的麻烦。

B. 塑料螺钉安装法

此方法将介质通过塑料螺钉紧固在腔体，优点是基本不影响介质的电磁场结构和Q值，但是其强度和硬度不如金属螺钉，且目前需要寻找合适的供应商。

C. 胶粘法

此方法将介质用特定的粘胶粘在腔体上,优点是基本不影响介质的电磁场结构和Q值，但在经受实验中的振动、冲击和运输的要求及可靠性方面还不是很好，需进一步实验论证。

鉴于以上分析，我们推荐使用镀银金属螺钉安装法。

1.7 介质调节盘的选用