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1、滤波器技术(4)FilterTechnology(4)TE01δ模介质滤波器TE01δModeDRFilter1.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。2.介质谐振腔DRresonantcavity2.1介质谐振器的物理组成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
2、介质材料通常都具有优良的电磁特性。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Al203.2.2介质谐振腔的结构TuningElement:metalordielectric Support:Alumina Enclosure:Aluminumcavity Adhesive:Proprietary2.3介质谐振器的形状及电磁场型Shape&ElectromagneticFieldDistribution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
3、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InnerelectromagneticfieldTE01δ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
4、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2.5介质谐振器等效电路EquivalentCircuit2.6调节器Tuningelement如前所
5、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
6、如下：其中=LoadedQLoadedQ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TemperatureCoefficient频率温度系数的计算公式如下:(单位为PPM/℃)介质谐振器的频率温度系数VS滤波器的频率温度系数通常介质谐振器在成型后会有一个固有的频率温度系数，它的测量由介质
7、供应商在专门的不膨钢结构的夹具中来完成，它一般不会生产为0PPM/℃。而我们的铝材空腔谐振单元在工作频带也存在一个频率温度系数,它也不会为0PPM/℃。滤波器的频率温度系数可以近似由以下公式计算：滤波器的频率温度系数≈介质的频率温度系数+空腔的频率温度系数（经验公式,有待考证）在滤波器的制作过程中，需要适当调整介质谐振器的频率温度系数，使它与空腔的频率温度系数一正一负且大小相等，最终实现滤波器的频率温度系数接近于零(解决温漂问题).3介质滤波器DRfilt
