介质滤波器之一
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。
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
。
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电子科技大学
εr=24 (BaMg1/3Ta2/303系统），
Qf>120 000 GHz
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
介质滤波器之一
国产微波陶瓷材料的技术参数
ε=82 =82±1，QF>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃， (用于移 动电话 GPS)； ε=91 =±1，QF>5000GHZ，τf <15ppm/ ℃ ， (用于移动电 话 )； ε=94 =±1， QF>5000GHZ，τf<15ppm/ ℃， （用于移动电 = 1 QF>5000GHZ τf<15ppm/ 话）； ε>100， QF>3600GHZ，τf <15ppm/ ℃， （用于移动电 话）； ε> 35± 1， QF>80000GHZ,τf =0 ± 5ppm/ ℃， （用于卫 星通讯和移动电话基站）； ε=25±1， QF>150000GHZ，τf =0 ± 5ppm/ ℃， （用于 卫星通讯）。
εr=36~40 =40，7GHz 7GHz，Q>6 000 000； 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 =24~25 25，10 GHz 10 GHz，Q>20 000 000； εr =23~24 24，10 GHz 10 GHz，Q>35 000 000； εr =6 6．4±0．6，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000： εr =21.4 21.4±1，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000； εr =92 92±1，1 GHz 1 GHz，Q>550 。
滤波器的定义、参数以及测试方法
认证部物料培训滤波器主讲人：邹一鸣一、滤波器的定义滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。
主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。
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，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。
滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。
二、滤波器的分类滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器可以分为声表滤波器和介质滤波器三、声表滤波器的原理及特点声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应做成的。
所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。
具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。
由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。
声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。
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1 tan Q
基站用介质滤波器对介质材料的要求
高介电常数，介电常数越大，谐振器的体积就可以做
小。通常要求介电常数大于30为佳。 高Q值，一般Q值大于3000以上。 低温漂，温度系数小振荡频率比较稳定。一般要求 20 ppm / C o 为宜。
目前一些常用高介电常数微波介质材料的特性
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
表一，列出了几
种基站滤波器使 用的高介电常数 材料。仅有的例 外是 Ba4Nd9.33Ti18O54 (BNT)-基系列材
料早期被用于数字电视接收系统。目前在基站谐振器市场占主导的 是 CaTiO3–NdAlO3 (CTNA)和 ZrTiO4–ZnNb2O6 (ZTZN)-基系列材 料。近年来发展起来的Ba(Co,Zn)1/3Nb2/3O3 (BCZN)-基系列材料以 其低廉的价格正在逐步取代价格昂贵的BaZn1/3Ta2/3O3 (BZT)-基系 列材料。
在上世纪90年代初期，用于基站和手机的介质材料开始发生分裂。
基站需要的是高Q 值的介质材料。通常，Q值在40 000<Q×f0<250 000, 材料的相对介电常数50<εr<25。
与基站用介质材料不同的是手机用介质材料被小型化主导。材料
的介电常数达到 70<εr<120。这时，决定谐振器Q值的主要因素 不是介质材料而是金属化。现在，在手机领域射频滤波器主要使 用的是声表面波 (SAW)和体声波 (BAW) 器件。它的体积更小。
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
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，
εr=36~40 =40，7GHz 7GHz，Q>6 000 000；
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；
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。
什么是高介电常数微波介质材料？
高介电常数微波介质材料实质上是一种陶瓷材料。在国外，
七十年代以前被称为特种陶瓷。早在1939年 R.D.Rechtmeyer就做出了介质谐振器。开始，主要使用金 红石（TiO2）陶瓷制作介质滤波器。但是， TiO2的温漂很大 达到500PPm/Co。用这种材料制作的滤波器在X波段温漂可 达到4MHz/Co。这对微波介质材料的使用有很大的限制。在 80年代，微波介质材料的生产技术有了很大的发展。出现了 多种新型微波陶瓷材料，特别是钡-钽系陶瓷材料的出现， 使微波介质陶瓷进入了实用阶段。这种陶瓷材料的介电常数 可以达到35，温漂小于2PPm/Co。Q值达到15000。用这种 陶瓷材料制成的介质谐振器温度稳定性可以达到殷钢腔体的 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。
εr =27~29 29，10 GHz 10 GHz，Q>15000 15000；
εr =24~25 25，10 GHz 10 GHz，Q>20 000 000； εr =23~24 24，10 GHz 10 GHz，Q>35 000 000； εr =6 6．4±0．6，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000： εr =21.4 21.4±1，7 GHz 7 GHz，Q>2 000 000； εr =92 92±1，1 GHz 1 GHz，Q>550 。
通讯领域微波高介电常数介质材料的发展史
在手机技术发展的初期，殷钢空气填充谐振腔被用于基站和手持系统
的谐振器和滤波器。这些谐振器和滤波器体积大又笨重。在1980前后，
用(Mg,Ca)TiO3, ZrTiO4, 和 BaTi4O9 制作的第一代介质谐振器开始
取代基站系统中使用的空气填充的谐振器和滤波器。
微波介质材料最近十多年发展的路标
国外微波陶瓷材料的主要生产厂商
目前，微波陶瓷材料和器件生产水平比较高
的公司有：
日本 Murata 公司
德国 EPCOS(S+M) 公司
美国 Trans Tech 公司 英国 Morgan Electro Ceramics 公司 等。
日本 Murata 公司部分产品性能
美国 Trans Tech 公司部分产品性能
εr = 29.0～30.7 @ 2 GHz Q>50 000，
εr = 34.6～36.7 @ 2 GHz Q>35 000， εr = 44.7～46.2 @ 4.36 GHz Q>9 500 ，
德国 EPCOS(S+M) 公司部分产品性能
εr = 21@7 GHz Q>7 200 ，
镁-钙系列陶瓷（MgTiO3 -CaTiO3）， εr =38@7 GHz Q>6 300 ， 锆-锡系列陶瓷（(Zr, Sn)TiO Zr ）， εr =29@10 GHz Q>9 500 ， 钡系陶瓷（Ba (Zr, Zn, Za)O3 ）， εr = 88@2.3 GHz Q>2 300 ， BaO-PbO-Nd2O3-TiO2.
微波介质材料的主要特性
介质材料的三要素：
1、介电常数 2、温度系数 f
r
手机用：
基站用： 20 r 50
75 r 90
f (
2
L )
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
Q 30,000@1GHz 40,000GHz Q f0 250,000GHz