1800MHz微波介质滤波器的设计

Keyword: Microwave dielectric ceramic, Microwave dielectric filter, Gelcasting
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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
100MHz处的抑制为25 45dB左右的微波介质滤波器 器件的成型是器件制造过程中非常重要的一个环节 尺寸的小型化和形状的复杂化 的工艺技术 尤其是对微波器件 随着
用传统的干压法很难精确制造
因此需寻求一种新
本文所有器件的制备工艺为国际上比较流行的一种能近尺寸成型复杂
形状陶瓷器件的最新工艺 凝胶注模(Gelcasting)工艺 选用Ba6-3x(Sm1-yNdy)8+2xTi18O54 系微波陶瓷材料进行实验 关键词 微波介质陶瓷 并用凝胶注模成型工艺来制作设计的滤波器 微波介质滤波器 凝胶注模成型
华中科技大学 硕士学位论文 1800MHz微波介质滤波器的设计 姓名：樊鹏 申请学位级别：硕士 专业：微电子与固体电子学 指导教师：周东祥 20050723
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摘
要
随着现代通信技术的迅速发展 通信系统装备的尺寸越来越小 因此对于移动 通信系统终端器件如滤波器 双工器等元器件的要求也越来越高 不仅要性能可靠 插入损耗低 而且体积要小 以及具有很高的选择性 在 1000MHz 左右 波长相
质谐振器 受到当时的工艺技术水平的限制 没有能够研制出微波损耗足够小的高 介电常数介质材料 因而介质谐振器的应用没有得到推广 直到后来到了六十年代 材料科学技术的进步与发展得以研制出低损耗 高介电常数的微波介质材料 以及 由于空间技术的发展 对电子设备的高可靠性和小型化的要求 使得对于介质谐振 器的研究重新开已经 从理论上进行了分析 而且对于各种介质谐振器的电路特性和应用也进行了探讨 只有金红石(TiO2)和钛酸
此时作为微波谐振器的介质所使用的材料范围相当有限 锶(SrTiO3)单晶和多晶材料
它们的相对介电常数很高 分别为 100 和 300 左右
对较长 采用微带结构及金属谐振器构成的滤波器 双工器要实现小型化难度会比 较大 声表面波滤波器虽然可以减小电路尺寸 但由于功率容量小及插入损耗大的 不足 应用范围受到了限制 本文采用一种新型介质滤波器的设计方法 设计移动 通信用微波介质滤波器,并对设计的器件进行了仿真分析与实验研究 本文简要介绍微波介质陶瓷器件的发展概况之后,讨论了微波陶瓷介质滤波器的 设计原理及设计方法 用高频结构模拟软件HFSS对微波介质滤波器进行模拟 设计 参数为中心频率 1800MHz 带宽45MHz,插入损耗小于2.5dB,带内波动小于1.5dB, 在
设计方法 随着这些技术的突破 许多科研人员开始积极系统地采用集总元件电感 电容的滤波器设计理论进行研究 后来主要提出了包括两个特定设计步骤的精确的 滤波器设计方法 第一步是确定符合特性要求的传递函数 第二步是由先前传递函 数所固定的频率响应来合成电路 该方法的效率和结果相当不错 现在所采用的很 多滤波器设计技术都是基于这种早期的设计方法 此后,滤波器的设计由原先的集总元件设计法扩展到一个新的领域 即设计微波 谐振器来实现滤波器 微波谐振器通常也称为微波谐振腔 可以用来构成微波通信 中的各种器件 比如滤波器 双工器等等 微波谐振器也是一种存储能量的器件
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ABSTRACT
With the development of the communication technology recent years, the requires of the weight and length of the communication system equipment becomes more important , especially ,to the mobile communication system , the requirement of the filter and duplexer becomes more important. Not only the reliability and less insert loss, but also small volume and high selectivity. Below 1000 MHz , wavelength relatively long. Filter and duplexer use micro-stripe and metal resonator are very difficult to reduce size. SAW filter can reduce the circuit size ,but for the affection of the high power capability and insert loss , application field is restricted. This paper introduce an design method of dielectric filter. This paper briefly introduce the microwave dielectric ceramic materials and the microwave dielectric ceramic device situation. Focus on the information of microwave ceramic dielectric filter. Argue the design principle and method of microwave ceramic dielectric filter , simulate microwave filter using high frequency structure simulate soft to simulate the microwave dielectric filter , design the filter of center frequency is 1800MHz , bandwidth is 45MHz , insert loss less than 2.5dB, ripple in band less the 1.5dB, and restrain at 100MHz at the range 25dB to 45dB. The molding technics of the device was one of the most important step of manufacturing device, especially with the miniaturization and the complication of the device,. the traditional pressing forming cost high and rigorous manufacture was difficult to achieve, then a different kind of technics must be seeked and applied. In this paper, Ba6-3x(Sm1-yNdy)8+2xTi18O54 was pitched to the preparation of the microwave ceramic the device. The Gelcasting technics which applied to the PTC moulding technics was applied to the microwave dielectric ceramic. Moulding the microwave device and compared the technics with the traditional pressing forming, the Gelcasting technics can be used to mould the microwave device. Last using the Gelcasting technics to produce the designed filter, and plating silver to the device sample from out-surface to in-surface according to the design request .
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