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关于介质滤波器的运用及设计

发表时间:2022/4/26 18:48:51  来源:RF技术社区  浏览次数:2190  
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介质滤波器是一种微波滤波器,它使用介质谐振器通过多级耦合来选择频率。进入21世纪,介质滤波器经过长期的理论和实践积累,逐渐从实验室走向生产线。

由于具有小型化、低损耗和良好的温度特性等优点,介质滤波器已广泛应用于移动通信和微波通信系统中。具有插入损耗低、抗功率好、带宽窄等特点,特别适用于CT1、CT2、900MHz、1.8GHz、2.4GHz、5.8GHz、5G、手机、车载电话、无线耳机、无线麦克风、电台等。用于电话和集成收发器双工器等的无线级耦合滤波

介质滤波器的表面覆盖了一层具有零切向电场的金属,电磁波被限制在介质中,形成几何尺寸约为波导波长一半的驻波振荡。该材料一般采用相对介电常数在6080之间的陶瓷,实际用于无线通信的介质陶瓷滤波器的尺寸在厘米量级。

介质滤波器的主要优点是功率容量大和插入损耗低,但它们有两个主要缺点。首先,与以厘米为单位的集成电路相比,它的尺寸更大,并且占用了大量的系统。其次,介质滤波器通常是离散的,不能与信号处理电路集成,需要从滤波器到信号处理芯片的不可忽略的传输线,并且必须执行阻抗匹配。它不仅结构复杂,而且会造成一定的信号衰减。

工作原理

一个介质滤波器由几个介质谐振器组合而成。金属腔谐振器的主要损耗来自导体损耗。介质滤波器具有更高的Q 值,因为它们可以通过用电介质(如微波陶瓷)代替金属导体来捕获谐振器内部的电磁场。大功率介质滤波器、高功率介质滤波器

根据电磁波的传播特性,当电磁波从高介电常数的介质传到低介电常数的介质时,在介质的界面会发生发射和折射。当入射角大于或等于临界角时,电磁波被全反射。介质的介电常数越高,临界角越小,越容易发生全反射。也更容易在介质表面形成磁壁。由磁壁包围的介电块构成介电谐振器。由高介电常数和低损耗介电材料制成的微波谐振腔基本上将电磁场能量集中到谐振腔内,具有非常低的辐射损耗。介质本身的损耗决定了谐振器的Q值,即Q=1/tan。一些常用的介电材料的损耗角正切值通常为0.0001到0.0002,Q值可以达到500到10000。维持电磁振荡非常容易,因为大部分电磁能量都集中在介质谐振器中,因为介质的品质因数非常高。因此,介质谐振器可以用作滤波器。目前,陶瓷介电材料的相对介电常数约为39,最高可达90以上。因此,如果使用介电材料作为谐振器,可以大大减小滤波器的体积和质量,而不会降低滤波器的性能。

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