《现代微波电路和器件设计》课件20、介质滤波器设计

1、苏 涛西安电子科技大学，电子工程学院2010年春现代微波电路和器件设计20、介质滤波器设计介质滤波器设计1、概述2、介质材料3、谐振模式4、介质滤波器设计介质滤波器设计1、概述2、介质材料3、谐振模式4、介质滤波器设计 早在1939年，R. D. Richtmyer就指出，一个表面未经金属化的高介电常数介质块，可以和金属谐振腔一样，发生电磁谐振现象，并首次提出了介质谐振器的概念。 20世纪60年代，人们对介质谐振器的谐振频率、工作模式、电路特性以及介质谐振器的设计等进行了广泛的研究。然而，由于当时尚无能力制造出适合于介质谐振器的材料，限制了它的发展及在微波电路中的应用。 70年代，介质谐振器材

2、料方面的研究取得了长足的进展，这一切使得介质谐振器进入了实用化阶段。其两个典型的应用是介质稳频振荡器和介质滤波器。介质谐振器的基本形式 介质谐振器的优点 体积小、重量轻。由于材料的介电常数高、比重小，其体积和重量均只有同频段金属谐振腔的几十分之一甚至更小； 谐振频率的温度稳定性好，可以得到与殷钢制成的金属谐振腔相当的频率-温度系数； Q值高。在0.130GHz范围内，无载Q值可达103104数量级，与金属谐振腔相当； 4. 制造工艺简单，成本低。只需对介质材料进行必要的压力成型及烧结，不需要高精度的机械加工，另外由于材料本身的廉价，使其成本大大低于金属腔。介质滤波器设计1、概述2、介质材料3、

3、谐振模式4、介质滤波器设计 决定介质谐振器性能的关键因素是所用的介质材料。而用于介质谐振器的材料的最重要参数是：损耗、介电常数和温度系数。 介质的损耗，它决定着介质谐振器的Q值，对高介电常数的介质谐振器，Q值近似等于损耗正切的倒数 ，Q值越高越利于微波应用； 适当的介电常数。其合适的范围应在30100之间，以保证电磁能量集中在谐振器内部及其周围很小的范围之内，从而减小外部环境对介质谐振器特性的影响。在毫米波段，由于很高的介电常数将导致谐振器尺寸过小，使得加工太困难，此时可采用较低介电常数的材料。谐振频率的温度稳定系数，其中包括介电常数的温度稳定系数以及介质热膨胀效应的共同影响；越小谐振频率随温

4、度变化越小，谐振器的频率稳定度越高； 现代滤波器设计讲座，电子科技大学，贾宝富介质滤波器设计1、概述2、介质材料3、谐振模式4、介质滤波器设计介质滤波器设计1、概述2、介质材料3、谐振模式4、介质滤波器设计 介质滤波器设计： 滤波器设计（同前） 介质实现的相关问题 谐振模式、频率和高次模等 支撑的影响 激励的设置 腔间耦合的设置 其他问题横截面横截面纵截面纵截面(a). 横向放置(b). 纵向放置介质谐振器在截止波导中的放置 在介质滤波器发展的早期，带通介质滤波器的结构形式基本上只限于在一段截止波导中合适位置上放置适当数量的介质谐振器 1982年，S. J. Fiedziuszko等发表了一种

5、4GHz双模介质谐振器加载腔体滤波器； Fiedziuszko等在传统的多模空腔滤波器的基础上，通过介质谐振器加载，更进一步减小了滤波器的体积和重量，分别仅为原滤波器的1/12和1/3。 在相当长的一段时间内，介质滤波器的研究基本上都是围绕多模滤波器展开，多模滤波器具有低损耗、小尺寸、带外衰减陡峭等特点，但它也有一个致命的缺点，即较差的寄生特性，因此人们又转而对单模介质谐振器滤波器发生了兴趣。 两种常见的非多模腔滤波器结构，一种是所谓介质梳状线谐振器滤波器，另一种是性能可与多模滤波器媲美的TE01模介质谐振器滤波器。 介质杆介质梳状线滤波器 TE01模谐振器高性能TE01模介质滤波器 支撑的影

6、响粘合剂 支撑对腔体谐振频率、Q值等均有影响。一般应采用低介电常数，高Q值材料。非导体螺钉介质基片紧配合 激励的设置 腔间耦合的设置常见介质滤波器实例：DR模式介质滤波器（第六讲）介质双模滤波器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单模介质滤波器Theory and Design of