滤波器技术4-介质滤波器
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
4-无源滤波器(PPF)
若不考虑滤波器连接处系统阻抗的影响，则 Q 值越大， ������fn 越小，滤波效果越好。Q=∞时， Rfn=0 ， ������������������ = 2δe������ X0 ，在给定的 X0 和 δ eq 下， 谐波电压最小，但实际下电感线圈总有一定的 电阻，Q必定为有限值。如果某一Q值下谐波电 压达不到滤波要求，应减小X0 ，降低Q值。
使用有源电力滤波器进行谐波治理
治理效果好，节能、节材，是谐波治理技术的最新发展方向，有着广阔 的发展前景。
2
治理 谐波
无源电力滤波 器
利用电容器、电抗器 和电阻器的适当组合而 构成的滤波装置。其具 有结构简单、维护方便 等优点,但只能抑制固定 次谐波、其滤波效果受 系统阻抗及频率变化影 响、且体积庞大、易与 系统发生谐振。
26
单调谐滤波器的设计
1．单调谐波器的失谐
滤波器阻抗偏离其极小值，使滤波效果变差，这种情况称为滤波器的失谐。 电力系统运行时频率偏差（实际频率fs与额定频率fsn不一致）
条 件
电容器、电感线圈的参数变化（环境温度、自身发热、绝缘老化）
设计时常将由参数偏差 ΔL和 ΔC 所引起的谐振频率相对变化量， 应用谐振频率与 ������������成反比关系，等效地近似处理为系统频率的偏 差，从而得到总的等值频率偏差或总失谐度
优点：双调谐滤波器投资较小，且基波损耗较小； 缺点：其结构相对比复杂，调谐困难，故应用还较少。
10
二、LC无源滤波缺点
容量固定 参数易 变化 容易 谐振 消耗大量 有色金属
效果不好！
11
LC 缺点一
不能完全滤除谐波
Z5
Ih
LC滤波支路是低阻分流原理，支路电阻与变压器内阻并联，反比分流，
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。
四阶低通滤波 方程
四阶低通滤波方程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：四阶低通滤波器是一种常用的信号处理器件，广泛应用于通信、音频、图像处理等领域。
四阶低通滤波器可以有效地滤除高频噪声，保留信号中的低频成分，使得信号更加清晰和稳定。
在本文中，我们将介绍四阶低通滤波器的基本原理，推导其传递函数，并讨论如何设计四阶低通滤波器的方程。
让我们来了解四阶低通滤波器的基本原理。
四阶低通滤波器是一种具有四个滤波级联结构的滤波器，每个滤波级都具有一定的增益和相位延迟。
通过将四个滤波级连接在一起，可以实现对输入信号进行更精确和高效的滤波处理。
四阶低通滤波器的主要功能是将高频信号滤除，从而保留低频信号，并输出给下一级信号处理器件进行后续处理。
接下来，我们将推导四阶低通滤波器的传递函数。
传递函数是描述滤波器输入输出之间关系的数学表达式，通常表示为H(s)，其中s为复频域变量。
对于四阶低通滤波器来说，传递函数可以通过级联四个一阶低通滤波器的传递函数得到。
一阶低通滤波器的传递函数为H1(s)，则四阶低通滤波器的传递函数可以表示为H(s)=H1(s)·H1(s)·H1(s)·H1(s)。
将一阶低通滤波器的传递函数代入四阶低通滤波器的传递函数中，得到四阶低通滤波器的传递函数为H(s)=1/[(s+ω0/Q)^4]。
通过这个传递函数，我们可以得到四阶低通滤波器对输入信号进行滤波的效果，从而实现对信号进行降噪和去混叠的处理。
让我们来讨论如何设计四阶低通滤波器的方程。
在设计四阶低通滤波器时，首先需要确定滤波器的截止频率ω0和品质因数Q，这两个参数将直接影响滤波器的性能和特性。
通常情况下，截止频率ω0越低，滤波器的截止频率越低，品质因数Q越高，滤波器的带宽越窄。
根据所需的滤波器性能和特性要求，可以通过调整截止频率ω0和品质因数Q来设计出符合要求的四阶低通滤波器。
在实际设计中，可以利用电路设计软件或者MATLAB等数学工具进行仿真和调试，以确保设计的四阶低通滤波器能够满足实际应用需求。
滤波器的基本概念及主要参数
基本概念：滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。
“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。
该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。
因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。
随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。
也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。
信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。
信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以至于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。
响应类型巴特沃斯（最平坦响应）巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。
该响应非常平坦，接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。
巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。
贝塞尔除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外，滤波器还会为其引入了一个延迟。
延迟使得基于频率的相移产生非正弦信号失真。
就像巴特沃斯响应利用通带最大化了幅度的平坦度一样，贝塞尔响应最小化了通带的相位非线性。
切贝雪夫在一些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。
如果你可以接受通带具有一些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。
附录A包含了设计多达8阶的具巴特沃斯、贝塞尔和切贝雪夫响应滤波器所需参数的表格。
现代滤波器设计讲座(4-2介质谐振器)
Freq[GHz]
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0 20 H[mm] 40 60
终端短路环形介质谐振器
终端短路环形介质谐振器模 式图
终端短路环形介质谐振器模式图
Mode Chart
当介质高度L小 于40mm时，最低 模式是TM010。当 介质高度大于 40mm时，最低模 式是TM110。 介质高度L小 于40mm时最低模 式是单模。当介质 高度大于40mm时， 最低模式是简并模。
介质加载空腔模或屏蔽介质谐振模
根据介质体和金属腔体间电磁相互作用的强弱，可分为微扰和强 相互作用两类。前者仍保持原系统的特征，后者使两者“融合” 成一体，构成全新的系统。例如，金属空腔加入介质体后，在一 定的加载条件下，则不仅使空腔模的场分布和谐振频率变化。而 且，还要产生新的模式和模式间的耦合及转换。屏蔽介质谐振器 当屏蔽对谐振器的场有极大影响时，也会产生新的模式和模式之 间的耦合及转换。这种模式依赖于腔体结构和介质体的几何结构。
回音壁模
对于旋转对称的圆盘和球型介质谐振器，当工作 在高阶周向模时就形成回音壁模，其电磁能主要 集中在介质-空气界面和焦散面之间，具有极高 的Q值，且随周向模指标的增加而增大。在毫米 波和激光技术中，回音壁模有极广泛的应用前景
干涉谐振模
利用电磁波传播过程中介质分界面的反射和透射效应 形成一定的谐振特性。例如，波导介质谐振器 （WDR）是在波导中引入一组矩形、柱形、盘形或 球形介质，使该结构产生波导-介质谐振。它的特点 是本征谱较容积模稀疏，故可以通过截止波导消散模 （Evanescent Mode）的耦合，以抑制寄生通道。
单模介质滤波器技术总结(完结版)
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。
(完整word版)介质腔体滤波器
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%.现在较为精确的分析方法有变分法、介质波导模型法（开波导法）、混合磁壁法等，误差可小于1％.人们已对常用的介质谐振器的谐振频率做了计算，对于给定了介电常数和尺寸的介质谐振器，可以直接从有关曲线图中求得其谐振频率。
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：
讲解滤波器原理滤波器原理+种类
讲解滤波器原理滤波器原理+种类滤波器原理存在一定难度，不同滤波器原理往往存在一定区别，但滤波器原理并非无法掌握。
本文中，将为大家详细讲解滤波器原理，并介绍滤波器分类。
基于类别，大家可更好理解滤波器原理。
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。
利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。
换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。
滤波的概念滤波是信号处理中的一个重要概念，滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。
一般来说，滤波分为经典滤波和现代滤波。
经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念，根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。
在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的(硬件方面的滤波器其实进展并不大)，但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。
滤波电路的原理当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的变化。
当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。
因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。
在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。
只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。
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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。
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
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
(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
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
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)
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:
Qefobwfo(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
2.7 介质谐振器的性能指标 Electrical Characteristics
Q值 Q value
介质谐振器的Q值分为有载Q值(Loaded Q)和无载Q值 (Unloaded Q).
无载Q值是介质谐振器的一个恒定指标，它不随谐振器 与外界电路的耦合强弱而改变；有载Q值也是恒量介质谐 振器性能的一个指标，通常我们在实际的测量过程中得到 的就是它的有载Q值，如下图所示。这两个Q值实际上是 衡量同一个性能的不同表达方式，它们之间可以互相转换， 转换公式如下：
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
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
谢谢
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 → 金属空腔滤波器
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
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)
3.7 平均功率容量 Average Power Capacity
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.
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 )
2.4 介质谐振器的工作原理 Principium
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)
公式中体积V的单位为
Fo的单位为GHz
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：
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.
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
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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
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
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.
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
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.