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滤波器技术(4)FilterTechnology(4)TE01δ模介质滤波器TE01δModeDRFilter

1.发展背景Background由于无线电通信技术的发展，低成本、更有效、高品质的无线通信收发系统需要高性能的滤波器。介质谐振腔体滤波器由于其体积小，损耗小,选择性高而逐渐广泛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之一。

介质谐振器由高介电常数、低损耗和低频率温度系数的微波介质粉末材料（如：钛酸钡，锆酸盐，钛酸锆锡等）经混合高温烧结而成，这些介质材料通常都具有优良的电磁特性。01为了减小介质谐振器放入腔体后的损耗，提高介质谐振器的Q值，通常选择支撑柱来支撑介质谐振器。支撑柱通常选用低损耗，介电常数相对于谐振器来说很低的介质材料，通常我们使用的是Al203.022.介质谐振腔DRresonantcavity2.1介质谐振器的物理组成

2.2介质谐振腔的结构TuningElement:metalordielectric

Support:Alumina

Enclosure:Aluminumcavity

Adhesive:Proprietary

介质谐振器的形状及电磁场型

ShapeElectromagneticFieldDistribution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Innerelectromagneticfield

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电壁ElectricWall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

磁壁MagneticWall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

介质表面反射电磁波示意图

介质谐振器等效电路EquivalentCircuit

2.6调节器Tuningelement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.

2.7介质谐振器的性能指标ElectricalCharacteristicsQ值Qvalue介质谐振器的Q值分为有载Q值(LoadedQ)和无载Q值(UnloadedQ).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=LoadedQ

LoadedQ值测量方法1

悬空的耦合环,垂直于电场

LoadedQ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

ResonantFreq.RelativeDielectricConstant

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

公式中体积V的单位为Fo的单位为GHz

频率温度系数的计算公式如下:(单位为PPM/℃)频率温度系数TemperatureCoefficient

介质谐振器的频率温度系数VS滤波器的频率温度系数单击此处添加小标题滤波器的频率温