双模滤波器分析报告.doc

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1、介质双模滤波器总结报告1简介带通滤波器是由微波谐振器构成的微波器件。目前通信基站用的滤波器，使用的谐振器主要是同轴谐振器（TEM模），也有许多采用介质谐振器。介质谐振器有无数种谐振模式[1]，因其主模TE01d模的Q0高，受到杂模影响小，在单模介质滤波器中用作构成滤波器通带；介质谐振器不同模式的谐振频率与介质的结构有关，合理设计介质尺寸，则介质谐振器会有两个或三个模式的谐振频率接近，有两个谐振频率接近模式的介质谐振器，可以用作双模滤波器（本项目中用到HE11d模）；有三个谐振频率接近模式的介质谐振器，可用作三模滤波器。相比于同轴谐振器，相同谐振频

2、率的介质谐振器体积小，Q值高。其模式分布复杂，杂模多而且距离通带模式（TE01d模）近。而双模介质谐振器比介质谐振器体积更小，杂模对滤波器响应的影响更大，较多用于窄带滤波。介质单模滤波器的分析参见白云鹏，贾雄杰的单模介质滤波器分析报告。名词解释：谐振波模式：电磁场在微波谐振器中的分布方式主模：微波谐振器中，谐振频率最低的波模式高次模：除主模外的波模式，按照谐振频率的由低至高分别称为第一高次模，第二高次模，第三高次模……通带模式：用于构成滤波器通带的波模式杂模：不用于构成滤波器通带的波模式2常规带通滤波器分析2.1带通滤波器的电路原理分析：图2-1

3、.带通滤波器电路原理图带通滤波器电路原理图如图2-1[2]。在Designer的电路中应用到的模拟元件有：端口，接地，电容，电感，电阻，1/4波长理想电长度传输线。在端口/接地与主电路之间的两段理想电长度传输线，分别模拟一个去归一化阻抗变换线（其作用为主电路去归一化，使其与50ohm端口匹配）和一个端口匹配阻抗变换线（实现该滤波器需要的有载Q值）。主电路中，一个电容、电感、电阻，形成一个串联谐振电路，模拟滤波器中的谐振单元，其中电阻用于模拟谐振单元的损耗。主电路中，每个理想电长度传输线模拟谐振器之间的耦合（邻腔耦合和交叉耦合），传输线阻值为谐振器

4、之间的耦合系数。以上为集总元件电路分析。在微波实现时，没有去归一化阻抗变换线，端口匹配阻抗变换线用馈电强度调节；谐振电路用微波谐振器实现，邻腔耦合用窗口实现，交叉耦合用窗口或者飞杆实现。微波谐振器的种类很多，常用到的有同轴谐振器，波导谐振器，微带线谐振器，带状线谐振器，介质谐振器等。2.2同轴谐振器中的电磁场分布图2-2（a）电场分布图2-2（b）磁场分布图2-2（c）耦合电场分布图2-2（d）耦合磁场分布同轴谐振腔的主模是TEM模，是该类滤波器的通带模式，其余高次模的谐振频率远高于主模，在通带远端形成谐波。以下为一个原形同轴谐振器的例子：腔体直

5、径32mm腔体高度30mm谐振杆直径9mm谐振杆高度26mm螺杆直径3mm螺杆长度8mm其主模频率为1775MHZ，第一高次模频率5460MHZ。高次模频率距离主模频率远，在滤波器上串联一个低通滤波器就可以滤除。该类滤波器的腔之间通过窗口耦合，用耦合螺钉微调耦合强度。主模之间耦合形成通带，高次模之间的耦合形成谐波。腔之间的耦合电/磁场分布如图2-2（c）、图2-2（d）。这样的谐振单元和耦合关系，加上适当的馈电端口就构成了同轴谐振腔带通滤波器。3介质谐振器与同轴腔谐振器的比较3.1同轴谐振器：理想导体壁称为电壁。电壁上，电场切向分量为零，磁场法向

6、分量为零，入射到电壁的电磁场将被完全反射，没有透射波穿过电壁。因此在由电壁构成的谐振器中，电磁场被束缚于谐振器里，处于谐振频率的电磁场在谐振器内形成驻波，能量不受损；其它频率上的电磁场则因为入射波与反射波的叠加相消而逐渐衰减。3.2介质谐振器：由介质中入射到介质壁的电磁波，一部分被界面反射回到介质内，一部分从界面折射到介质外。入射角与折射角关系为：。可见当介电常数足够大时，折射角为90度，此时入射波的折射波将不会透射到介质外面。介电常数越大，可被介质全反射的入射波的入射角越大，即被存储于介质中的电磁场能量越多，介质的无载Q值越大。在介质中，磁场的

7、切向分量为零，电场的法向分量为零。与电壁相对应，理想的介质反射面称为磁壁。图3电磁波在介质界面上的反射与折射和同轴谐振器一样，介质也可以存储电磁波，用于制作谐振器。其主模为TE01d模。与同轴谐振器相比，其特点为：体积小，Q值高，谐振频率和Q值主要和介质有关。缺点是：成本高；因为电磁场主要集中于介质内，谐振器之间的耦合弱，不适合做宽带滤波器；用作滤波器时，其第一高次模与主模谐振频率接近，因而谐波距离通带近。作为谐振器时，介质谐振器要远离金属（屏蔽腔和螺钉）以保证高Q值。因此谐振器不能直接安放在金属屏蔽腔上。常常把高介电常数的谐振器粘合在一个低介电

8、常数的支撑柱上，再把支撑柱固定在屏蔽腔上。由于电磁波在高/低介质界面之间的折射，低介电常数支撑柱对谐振器的影响很小。例如：介质谐振器：直