《現(xiàn)代微波電路和器件設(shè)計(jì)》課件20、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)

1、蘇 濤西安電子科技大學(xué)，電子工程學(xué)院2010年春現(xiàn)代微波電路和器件設(shè)計(jì)20、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)1、概述2、介質(zhì)材料3、諧振模式4、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)1、概述2、介質(zhì)材料3、諧振模式4、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì) 早在1939年，R. D. Richtmyer就指出，一個(gè)表面未經(jīng)金屬化的高介電常數(shù)介質(zhì)塊，可以和金屬諧振腔一樣，發(fā)生電磁諧振現(xiàn)象，并首次提出了介質(zhì)諧振器的概念。 20世紀(jì)60年代，人們對介質(zhì)諧振器的諧振頻率、工作模式、電路特性以及介質(zhì)諧振器的設(shè)計(jì)等進(jìn)行了廣泛的研究。然而，由于當(dāng)時(shí)尚無能力制造出適合于介質(zhì)諧振器的材料，限制了它的發(fā)展及在微波電路中的應(yīng)用。 70年代，介質(zhì)諧振器材

2、料方面的研究取得了長足的進(jìn)展，這一切使得介質(zhì)諧振器進(jìn)入了實(shí)用化階段。其兩個(gè)典型的應(yīng)用是介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器和介質(zhì)濾波器。介質(zhì)諧振器的基本形式 介質(zhì)諧振器的優(yōu)點(diǎn) 體積小、重量輕。由于材料的介電常數(shù)高、比重小，其體積和重量均只有同頻段金屬諧振腔的幾十分之一甚至更??； 諧振頻率的溫度穩(wěn)定性好，可以得到與殷鋼制成的金屬諧振腔相當(dāng)?shù)念l率-溫度系數(shù)； Q值高。在0.130GHz范圍內(nèi)，無載Q值可達(dá)103104數(shù)量級，與金屬諧振腔相當(dāng)； 4. 制造工藝簡單，成本低。只需對介質(zhì)材料進(jìn)行必要的壓力成型及燒結(jié)，不需要高精度的機(jī)械加工，另外由于材料本身的廉價(jià)，使其成本大大低于金屬腔。介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)1、概述2、介質(zhì)材料3、

3、諧振模式4、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì) 決定介質(zhì)諧振器性能的關(guān)鍵因素是所用的介質(zhì)材料。而用于介質(zhì)諧振器的材料的最重要參數(shù)是：損耗、介電常數(shù)和溫度系數(shù)。 介質(zhì)的損耗，它決定著介質(zhì)諧振器的Q值，對高介電常數(shù)的介質(zhì)諧振器，Q值近似等于損耗正切的倒數(shù) ，Q值越高越利于微波應(yīng)用； 適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)。其合適的范圍應(yīng)在30100之間，以保證電磁能量集中在諧振器內(nèi)部及其周圍很小的范圍之內(nèi)，從而減小外部環(huán)境對介質(zhì)諧振器特性的影響。在毫米波段，由于很高的介電常數(shù)將導(dǎo)致諧振器尺寸過小，使得加工太困難，此時(shí)可采用較低介電常數(shù)的材料。諧振頻率的溫度穩(wěn)定系數(shù)，其中包括介電常數(shù)的溫度穩(wěn)定系數(shù)以及介質(zhì)熱膨脹效應(yīng)的共同影響；越小諧振頻率隨溫

4、度變化越小，諧振器的頻率穩(wěn)定度越高； 現(xiàn)代濾波器設(shè)計(jì)講座，電子科技大學(xué)，賈寶富介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)1、概述2、介質(zhì)材料3、諧振模式4、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)1、概述2、介質(zhì)材料3、諧振模式4、介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì) 介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)： 濾波器設(shè)計(jì)（同前） 介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)問題 諧振模式、頻率和高次模等 支撐的影響 激勵(lì)的設(shè)置 腔間耦合的設(shè)置 其他問題橫截面橫截面縱截面縱截面(a). 橫向放置(b). 縱向放置介質(zhì)諧振器在截止波導(dǎo)中的放置 在介質(zhì)濾波器發(fā)展的早期，帶通介質(zhì)濾波器的結(jié)構(gòu)形式基本上只限于在一段截止波導(dǎo)中合適位置上放置適當(dāng)數(shù)量的介質(zhì)諧振器 1982年，S. J. Fiedziuszko等發(fā)表了一種

5、4GHz雙模介質(zhì)諧振器加載腔體濾波器； Fiedziuszko等在傳統(tǒng)的多?？涨粸V波器的基礎(chǔ)上，通過介質(zhì)諧振器加載，更進(jìn)一步減小了濾波器的體積和重量，分別僅為原濾波器的1/12和1/3。 在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，介質(zhì)濾波器的研究基本上都是圍繞多模濾波器展開，多模濾波器具有低損耗、小尺寸、帶外衰減陡峭等特點(diǎn)，但它也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，即較差的寄生特性，因此人們又轉(zhuǎn)而對單模介質(zhì)諧振器濾波器發(fā)生了興趣。 兩種常見的非多模腔濾波器結(jié)構(gòu)，一種是所謂介質(zhì)梳狀線諧振器濾波器，另一種是性能可與多模濾波器媲美的TE01模介質(zhì)諧振器濾波器。 介質(zhì)桿介質(zhì)梳狀線濾波器 TE01模諧振器高性能TE01模介質(zhì)濾波器 支撐的影

6、響粘合劑 支撐對腔體諧振頻率、Q值等均有影響。一般應(yīng)采用低介電常數(shù)，高Q值材料。非導(dǎo)體螺釘介質(zhì)基片緊配合 激勵(lì)的設(shè)置 腔間耦合的設(shè)置常見介質(zhì)濾波器實(shí)例：DR模式介質(zhì)濾波器（第六講）介質(zhì)雙模濾波器Dual Mode Dielectric Resonator Filters, Samantha Kerr, The University of QueenslandMixed Modes Cylindrical Planar Dielectric Resonator Filters with Rectangular Enclosure, Chi Wang, Hui-Wen Yao, Kawthar A. Zaki and Raafat R. Mansour, IEEE MTT, Vol.43, No.12, Dec 1995單模介質(zhì)濾波器Theory and Design of