單模介質濾波器技術總結加強版

1、TE01模式介質諧振濾波器技術總結一、前言由于無線電通信技術的發(fā)展，低費用、更有效、更好品質的無線通信系統(tǒng)需要高性能,小體積和低損耗的腔體濾波器。介質諧振濾波器由于其體積小，性能好目前已經(jīng)逐漸應用到各類通信基站中, 在即將到來的3G通信領域擁有廣闊的市場前景。它的研究與開發(fā)，是今后濾波器發(fā)展的重點所在。1.1 TE01模介質諧振器的工作原理電磁壁理論理想的導體壁（電磁率為零）在電磁理論中稱為電壁，在電壁上，電場的切向分量為零，磁場的法向分量為零。電磁波入射到電壁上，將會完全反射回來，沒有透射波穿透電壁。因此，用電壁圍成一個封閉腔，一旦有適當頻率的電磁波饋入，波將在腔的電壁上來回反射，在腔內形成

2、電磁駐波，發(fā)生電磁諧振。此時即使外部停止向腔內饋送能量，已建立起來的電磁振蕩仍將無衰減維持下去?？梢婋姳诳涨皇且环N諧振器，電磁能量按一定頻率在其中振蕩。當然，非理想導體壁構成的空腔，也具有電壁空腔的類似特性，只不過外部停止饋送能量后，起內部已建立起來的電磁振蕩，不會長期地維持下去，將隨時間而逐漸衰減，終于消逝，成為阻尼振蕩。諧振器中電磁振蕩維持的時間的長短（時間常數(shù)）是其Q值高低的一種度量。高介電常數(shù)的介質的界面能使電磁波發(fā)生完全的或者近似完全的反射。當然，這兩類的界面性質不同，其對電磁波的反射特性也不盡相同。電磁波在導體壁上的電場切向分量為零，故入射波與反射波的電場切向分量相消，僅有法向分量

3、，因為合成場的電力線垂直導體表面，亦即垂直電壁；而在高介電常數(shù)的介質界面上，磁場的切向分量近似為零，入射波與反射波的磁場切向分量近似相消，合成場的磁力線近似垂直于介質界面。在電磁場理論中，垂直于磁力線的壁稱為磁壁，故高介電常數(shù)的介質表面可以近似看為磁壁，只有時，才是真正的磁壁。在磁壁上，磁場切向分量為零，電場法向分量為零，它與電壁對偶。既然電壁所構成的空腔可以作為微波諧振器，顯然，磁壁周圍的介質塊可以近似是個磁諧振器，電磁能量在介質塊內振蕩，不會穿過磁壁泄露到空氣里。介質波導理論若將一個介質棒變成一個環(huán)，令其首尾相連接，并使連接處電磁波有相同相位，該電磁波就能在環(huán)內循環(huán)傳輸，成為一個行波環(huán)。如

4、果介質損耗非常小，循環(huán)時間就很長，于是電磁波被“禁錮”在介質環(huán)內，成為一個環(huán)形介質諧振器。介質環(huán)的最小平均周長，應該是被導波的一個波導波長。上述的諧振條件并未對介質環(huán)的形狀加以任何限制，所以環(huán)可以是圓的，方的或者其他任意形狀。此外，環(huán)的內徑大小對諧振來說也不是實質性的，內徑縮小至零，照樣能維持諧振，儲存電磁能量 。最常用的介質諧振器的形狀有矩形，圓柱形和圓環(huán)形三種，前兩種用的更普遍。矩形介質諧振器的工作模式主模是TE11d模，圓柱形的有TE01d模。圖中就是兩種諧振器的振蕩模式。1.2 介質諧振器的材料微波介質材料是指在微波頻率下使用的介質材料。微波介質材料對原材料的要求比較高，要獲得高質量的

5、材料須嚴格按照生產(chǎn)工藝操作。微波介質器件是指應用微波介質材料制成的具有某種功能的器件。常見的是介質諧振器、介質濾波器、介質無線塊。 TE模介質諧振器由高Q值、低損耗和高介電常數(shù)的介質材料燒結而成，鑒于9186397x系列的特殊性，還要求介質諧振器具有適宜的頻率溫度系數(shù)且能夠承受較高的功率。若干介質諧振器在截止波導中通過一定的耦合方式級聯(lián)，輔以適宜的輸入輸出耦合方式和交叉耦合形成TE模介質濾波器。當輸入信號頻率靠近介質諧振器的諧振頻率時能低損耗通過，而遠離諧振頻率的信號則被衰減。為了減小介質諧振器放入腔體后的損耗，提高介質諧振器的Q值，通常選擇支撐柱來支撐介質諧振器。支撐柱通常選用低損耗的介質材

6、料，目前我們使用的是Al203.1.3介質諧振器的幾種主要結構及尺寸類型模式形狀尺寸適用頻率（1）介質諧振器SHF頻率<3GHz（2）同軸諧振腔UHF頻率<2GHz（3）帶狀電路諧振器UHF頻率SHF頻率1.4 TE01 諧振單腔的尺寸設計： 諧振單腔可以是矩形腔體，也可是圓柱腔體，為了保證不使諧振器Qu下降很多，和引入TM模諧振單腔的尺寸最小處大約為諧振器直徑的1.5倍，高度約要是諧振器厚度的三倍。為了使TM模遠離TE諧振主模,通常在介質諧振器中心開一小孔。1.5微波介質腔的場型介質諧振器可以激勵三種振蕩模式:TE、 TM、HE型振蕩模式,本文中主要介紹TE01。其場型如下： 1

7、.6介質諧振器與腔體的安裝方法A.金屬螺釘安裝法此方法將介質諧振器直接通過鍍銀的金屬螺釘緊固在腔體上，優(yōu)點是較牢固，能經(jīng)受實驗中的振動、沖擊和運輸中的要求。但對介質諧振器、支撐柱的形狀及金屬螺釘鍍層有要求，否則由于磁場結構受到螺釘?shù)钠茐膶е翾值下降或者由于安裝誤差會造成裝配調試上很大的麻煩。 B. 塑料螺釘安裝法 此方法將介質通過塑料螺釘緊固在腔體，優(yōu)點是基本不影響介質的電磁場結構和Q值，但是其強度和硬度不如金屬螺釘，且目前需要尋找合適的供應商。C. 膠粘法此方法將介質用特定的粘膠粘在腔體上,優(yōu)點是基本不影響介質的電磁場結構和Q值，但在經(jīng)受實驗中的振動、沖擊和運輸?shù)囊蠹翱煽啃苑矫孢€不是很好，

8、需進一步實驗論證。 鑒于以上分析，我們推薦使用鍍銀金屬螺釘安裝法。 1.7 介質調節(jié)盤的選用A. 金屬盤采用金屬盤調節(jié)時頻率的變化方向與普通的的金屬腔濾波器相反（里進頻率高偏），調節(jié)范圍有限，且對Q值有一定的影響。但成本低，易于加工。B. 介質盤 采用介質調節(jié)盤和介質螺桿時頻率的變化方向與普通的金屬腔濾波器相同（里時頻率低偏），調節(jié)范圍較金屬盤大。但需要外購且不好安裝。二、腔體介質諧振濾波器腔體介質諧振濾波器，是將介質諧振器放置于截止金屬波導中去，濾波器的通帶頻率由介質諧振器的諧振頻率所決定，耦合帶寬可以通過調節(jié)諧振器之間的距離或者兩諧振器之間的耦合窗口的大小來實現(xiàn)。2.1主要特性及應用體積和

9、重量是金屬空腔的1%左右。其他優(yōu)點：1、 可以實現(xiàn)器件的高穩(wěn)定，高可靠，諧振頻率溫度系數(shù)可達ppm級2、 可以實現(xiàn)諧振器的低損耗，高品質因數(shù)，使損耗角正切很小。3、陶瓷材料加工簡便，機械性能良好4、介質濾波器有很高的脈沖功率容量。缺點：1、批量生產(chǎn)工藝控制要非常嚴格2、因為諧振器導熱能力差，所以平均功率容量小。3、因為絕大部分電場被束縛在介質諧振器內部，耦合調節(jié)范圍很小。2.2材料與諧振器性能關系微波介質陶瓷的介電常數(shù)主要取決于材料結構中的晶相和制備工藝，與使用頻率基本無關。從陶瓷工程學的角度看，除了從組成上考慮微觀的晶相類型及組合外，在工藝上使晶粒生長充分，結構致密，也是提高介電常數(shù)的途徑。

10、諧振器的品質因數(shù)Q受介質損耗().歐姆損耗().輻射損耗()這三個因素的影響,Q主要由介質損耗決定。對于微波介質材料，歐姆損耗和輻射損耗可以忽略，Q約與戒指損耗成反比關系，與也成反比關系此外品質因數(shù)Q與微波頻率f有關：式中-有功介電常數(shù)；無功介電常數(shù)；材料固有角頻率；材料衰減常數(shù)；微波頻率為f時的角頻率。不同的測試頻率有不同的Q值。在比較同一系列材料的Q值時，必須換算成同一個頻率才有可比性。據(jù)報道采用靜壓成型與熱壓燒結提高了材料的致密性，使材料的微波介質損耗得以降低，介電常數(shù)上升；使用微細瓷粉，提高了材料組成與結構的均勻性，改善了材料的Q值和頻率溫度系數(shù)；使用微波快速閃燒技術使材料中易揮發(fā)成分

11、得到了控制，提高了材料組組成的一致性；在氮氣氣氛中退火處理使材料提高了Q值。 2.3介質諧振腔之間的耦合方式A. 磁耦合此種方法耦合螺桿與調諧螺桿平行，即耦合螺桿也在蓋板上，與傳統(tǒng)的金屬腔濾波器一樣，但由于介質的電磁場結構與空腔不同，耦合螺桿只與介質諧振器的電場方向垂直（介質諧振器的電場主要集中在介質的表面），與介質諧振器的磁場方向大部分平行，對諧振腔之間的耦合強弱影響不是很大，經(jīng)實驗論證只能起到微調的作用。但可以通過增加耦合螺桿的直徑或在螺桿的末端加一小圓盤來改善。此種耦合方法對窗口的尺寸要求比較高，在腔體排腔比較復雜的時候可以采用。此種耦合示意圖如下： 水平耦合示意圖B. 電耦合此種方法耦

12、合螺桿與調諧螺桿垂直，即耦合螺桿在腔體上。由于剛好與介質諧振器的磁場方向垂直，與介質諧振器的電場方向平行，對兩個介質諧振腔之間的耦合強弱影響很大，經(jīng)實驗確認能起到較大耦合作用。此種耦合方法對窗口的尺寸要求沒有平行耦合方式高，在腔體排腔比較簡單（如：一字型腔）的時候可以采用。2.4 輸入輸出抽頭耦合方式A抽頭圓環(huán)接地方式 抽頭由1.3的鍍銀銅線制作而成,鍍銀線彎成約1/4圓周的圓弧狀,一端焊在接插件輸出,另外一端通過焊片接地。鍍銀線呈上升的螺旋狀圍繞在介質諧振器周圍。通過調節(jié)鍍銀線與介質諧振器之間的距離來調節(jié)抽頭的耦合強弱。示意圖如下： 接插件 接插件 介質諧振器此種耦合方式適合于抽頭耦合要求較

13、弱的濾波器（通帶較窄），調節(jié)方便但工藝性差，不利于批量生產(chǎn)。B垂直金屬桿的耦合形式 此種抽頭為一根與TE模介質諧振器的磁場垂直的金屬桿（類似于一個金屬腔），金屬桿與接插件之間通過鍍銀線抽頭連接。改變抽頭的輸入點，調整金屬桿與介質諧振器的間距或者改變金屬桿的長度均可以調整抽頭的耦合強弱。抽頭越靠近介質諧振器，金屬桿越長，金屬桿與介質諧振器的間距越小，輸入輸出耦合越強。反之，則越弱。 此種耦合方式為探針耦合與方式A內似，只不過兩種固定方式上的有差異而已，工藝容易實現(xiàn)，方便調節(jié)。如果濾波器的空間允許，可以使用這種方法。此種耦合形式的示意圖如下：金屬桿，焊接抽頭耦合輸出介質諧振器C. 當濾波器的通帶較

14、寬,要求輸入輸出耦合較強時,濾波器的第一和最后一個腔可以采用金屬諧振桿，使得金屬諧振桿與介質諧振器安裝方向互相垂直，以保證磁場最大程度上的耦合，這種耦合形式易于安裝，并且能夠有效的濾除帶外雜波，這種混合濾波器有效的提高了濾波器的止帶特性。三、腔體介質諧振濾波器設計步驟1、 根據(jù)規(guī)范書要求，確定濾波器節(jié)數(shù)以及所需Qu、耦合系數(shù)。2、 根據(jù)濾波器外形，以及濾波器節(jié)數(shù)來確定單個諧振腔尺寸。3、 根據(jù)仿真結果，確定交叉耦合的性質及位置，以及合適的級間耦合，輸入輸出耦合方式。4、根據(jù)介質金屬波導尺寸，來選擇適當介電常數(shù)的材料，根據(jù)所選介質的介電常數(shù)求介質諧振器的尺寸可以根據(jù)：兩端諧振器由于終端耦合結構影

15、響要使諧振器的諧振頻率上升，故將兩端諧振器厚度增加0.01英寸作為補償。一般截止圓波導直徑是介質半徑的2倍。4、 由外部q值設計出輸入和輸出的耦合結構。5、 根據(jù)計算出的耦合系數(shù)通過仿真，確認各腔之間耦合窗口的大小。5、安裝調試。四、TE01模式介質諧振濾波器內部的耦合形式。4.1 饋電處耦合 饋電處的耦合主要是用來滿足濾波器設計外部Q值的要求，根據(jù)饋電點處的耦合帶寬，轉換為饋電點處的反射時延的關系,可以設計某種耦合結構來滿足饋電點處的反射時延要求。耦合方式基本上是一種探針形式，可以做成圓弧狀圍繞在諧振器邊上，這種探針的長度、探針與諧振器之間的間距是影響到耦合強度的重要因素。4.2 級間耦合腔

16、間的耦合是通過耦合窗口實現(xiàn)的，耦合窗口結構的設計要考慮電磁場陣列。窗口應該開在磁場最強的地方，且要與磁場方向保持一致。為了保證耦合的 TM01模式的頻率遠離TE01模式的耦合頻率，窗口的寬度不能太大。TM01模式的藕荷要比TE01模式的強，并且窗口寬度的方向正好是磁場排列的方向。一對相對稱的耦合腔之間有兩個本征模。一個相對應的在他們之間插入了一個良電壁，另一個是在他們之間插入良磁壁而得到的。實際的場離散是兩個本征模式的線形重疊。對于磁耦合而言，因為在耦合區(qū)域的周圍主要的擾亂能量是磁場所以磁壁的模式場在中間區(qū)域。切線方向穿過窗口的磁場，看起來是不連續(xù)的，因為工作模式的磁場改變了符號穿過耦合窗口。

17、但是局部的場強將會支配耦合窗口周圍的局部的場強，使得整個切線方向的場強，連續(xù)的通過邊界。相應的穿過相臨腔的工作模式的磁場方向對于非相鄰腔的耦合符號的確定是非常重要的.4.3 交叉耦合 交叉耦合可以用來實現(xiàn)濾波器性能的改進,例如準橢圓函數(shù),恒定時延和非對稱響應.四組和三節(jié)構成的交叉耦合都被認為是構成對稱和非對稱傳輸零點的基本函數(shù).相應的TE01模式腔體和他們等價的耦合諧振模式如下圖.磁耦合被認為是正的耦合可以由電感形式來表示.非相鄰的耦合,它與相鄰耦合符號相反,可以用認為是一種負的耦合,可以用電容來標注.標注交叉耦合的符號是非常有意義的,在平面上四組和三節(jié)里通過窗口來實現(xiàn)交叉耦合是不一樣的,通過

18、探針實現(xiàn)也是一樣的道理.與其他形式的腔體,例如波導和同軸相比,它的性能不是很真實,因為工作模式的場分布也是不相同的.五、TE01模式介質諧振濾波器高低溫解決方案。5.1濾波器高低溫分析介質濾波器的高低溫頻率偏移由介質諧振器的頻率溫度系數(shù)和腔體本身的頻率溫度系數(shù)決定，而介質諧振器的頻率溫度系數(shù)Tf，由材料介電常數(shù)的頻率溫度系數(shù)和材料的膨脹系數(shù)共同決定。 介電常數(shù)的頻率溫度系數(shù) 介質諧振器的頻率溫度系數(shù) 材料的膨脹系數(shù) 介質濾波器 （為一定值且很小，通常忽略）高低溫頻率偏移 腔體本身的頻溫特性（為一定值） 通常情況下，介質濾波器的頻率溫度系數(shù)由介質諧振器和腔體共同決定： Tf-filter Tf-

19、DR + Tf- cavity 介質濾波器的頻率溫度系數(shù)Tf-filter可以用與濾波器相同的單腔來測量。計算公式如下 ： Tf = 1/T*(F/ Fr)T溫度變化值 F頻率變化值 Fr諧振頻率鑒于397x系列的通帶對插損和近端抑制要求很嚴，能夠允許的最大頻率偏移量需控制在±150KHz以內。這就需要對介質諧振器的頻率溫度系數(shù)進行合理的選取，使它與腔體的頻率溫度系數(shù)之和接近于零。又由于介質濾波器因為其主要的電場都集中在諧振器內部，所以諧振器與諧振器之間，以及諧振器與輸入輸出端口之間的都不能夠達到非常強的耦合，所以介質濾波器只適合用來做窄帶相對帶寬12%左右的濾波器。 窄帶濾波器，帶

20、寬窄，帶外抑制要求嚴格，所以要求濾波器在高低溫環(huán)境下保持良好的溫度穩(wěn)定性，才能夠滿足客戶要求。5.2 改善方法 帶通濾波器可近似看為是由幾個單獨的相同體積諧振腔，通過耦合窗口耦合在一起。所以要完成一個溫度穩(wěn)定性良好的介質濾波器，只需要調整介質材料配方、工藝，而改變介質諧振器的溫度系數(shù)，然后在金屬單腔內進行測試得到理想的溫度曲線。5.3 測試夾具 采用和濾波器相同材料的金屬制成單腔，并在兩端任意位置打孔安裝測試探針，探針采用普通SMA接插件前端焊接少許柔韌性好的金屬絲構成，將諧振器穩(wěn)固安裝于腔體中央，當金屬探頭與諧振器軸向位置垂直時，可以用來測試TE模式,當金屬探頭與諧振器軸向平行時，可以用來測

21、試TM模式。六、TE01模式介質諧振濾波器平均功率解決方案。6.1 平均功率分析平均功率容量又稱為等幅波功率容量，平均功率容量主要會導致諧振器發(fā)熱。介質濾波器中，諧振器材料主要由金屬氧化物陶瓷構成，其下的支撐柱材料也是三氧化二鋁陶瓷，諧振器與支撐柱之間是由膠沾結在一起的。陶瓷材料相比金屬材料而言，不具備良好的導熱性能和良好的延展性。當信號源發(fā)生較大功率的等幅波功率時，由于濾波器的絕大部分能量是聚集在諧振器內部，所以諧振器急劇變熱，如果諧振器熱量不能很快到通過粘膠、支撐柱、傳導到金屬腔壁上，那么會產(chǎn)生兩個非常嚴重的問題：1、 諧振器炸裂如果諧振器成型燒結工藝不好，或者諧振器非常脆，諧振器、粘膠、

22、和支撐柱材料熱膨脹系數(shù)不能良好匹配的話，諧振器在急劇發(fā)熱膨脹，但不能把熱量有效傳導出去的情況下，諧振器有可能炸裂，濾波器失效。解決之道：主要是介質諧振器供應商在諧振器技術上的體現(xiàn)。介質供應商，應該制造可靠性非常高的諧振器，選擇適當?shù)恼衬z，適當?shù)闹沃O計，優(yōu)良的制造、粘結工藝。2、 濾波器整體通帶頻率偏移金屬腔體在高溫情況下，會膨脹內部容積變大，如果諧振器本身頻率不變化的話，那么單腔的諧振頻率會相低漂移，為了解決高低溫下單個諧振腔的諧振頻率漂移盡量少，諧振器的溫度系數(shù)要做成正溫度系數(shù)，并且屏蔽腔越小，則需要溫度系數(shù)越大。當平均功率施加時，諧振器發(fā)熱，并且熱量不能盡快的傳導到金屬腔體上，那么腔體

23、不會發(fā)生膨脹，而諧振器單方面的發(fā)熱，由于諧振器的正溫度系數(shù)，諧振的頻率向高漂移，使得濾波器的帶外抑制不能夠滿足指標要求，通帶內的插入損耗，駐波比變大，濾波器功能失效。 解決之道：1、 濾波器發(fā)熱主要是因為濾波器內部的歐姆損耗引起的，要減小濾波器發(fā)熱，最基本的是提高濾波器的內部的Qu,提高單個諧振器的無載Q能夠有效的減小濾波器插入損耗，從而諧振器不會急劇變熱，有利于濾波器內部盡快熱平衡。2、 在保證濾波器溫度穩(wěn)定性的條件下，盡量的減小諧振器的溫度系數(shù)使得諧振器發(fā)熱時頻率不至于漂移太多，在諧振頻率發(fā)生漂移的情況下濾波器也能夠滿足規(guī)范書的要求。3、 單個諧振器的設計，諧振器是通過粘膠，支撐柱來安裝到

24、金屬腔體上的，為了濾波器能夠承受更大的平均功率，就要求諧振器材料，粘膠，以及支撐柱都有較高的導熱率。另外支撐柱的設計也是很關鍵的，支撐柱與諧振器粘結的地方應該是諧振器發(fā)熱最嚴重的地方，一般是諧振器直徑的三分之二的地方，支撐柱的高度不能過高，使得導熱路徑過長，也不能太低，使得諧振器離金屬腔體太近使得Qu下降。如下圖：4、 改變?yōu)V波器內部的耦合結構。由于濾波器輸入端口處的諧振器承受功率較大，如果濾波器內部交叉耦合的處于輸入端口時，傳輸零點很可能隨著諧振器的發(fā)熱發(fā)生漂移導致帶外抑制不合格，所以在結構設計時應當使得交叉耦合遠離輸入端。六個腔加兩個傳輸零點的排腔方式5、 可以通過改變排腔方式以及傳輸零點

25、的實現(xiàn)方式來改善平均功率的承受能力，上圖中的兩個跨奇數(shù)節(jié)的交叉耦合何以由一個跨偶數(shù)節(jié)的交叉耦合來實現(xiàn)兩個帶外對稱的傳輸零點。六腔加一對稱飛的排腔方式此種交叉耦合方式使得傳輸零點的能量由兩個腔3、4來承受，相對前種排腔方式而言功率容量更大，但是這種交叉耦合方式由于濾波器的色散效應很難將傳輸零點調對稱。七、TE01模式介質諧振濾波器諧波問題。TE01模式介質諧振器的諧波出現(xiàn)在工作頻率的1.4倍附近， 通信系統(tǒng)一般都對2次，到3次諧波是有抑制要求的，一般可用一個低通濾波器串在帶通濾波器前級或后級來抑制諧波。在濾波器中間隔的排放金屬諧振器和介質諧振器可以改善濾波器的諧波效應，但是這樣也會降低濾波器的整

26、體Qu,增加濾波器的插入損耗。這種濾波器可以看做是一個介質的窄帶濾波器和一個金屬的寬帶濾波器串聯(lián)在一起，以上兩種途徑的插損估算公式如下：其中，和分別是濾波器相對帶寬，濾波器低通原形參數(shù)，窄帶DR濾波器的無載Q值。,是寬帶梳狀線濾波器的相關參數(shù)。這種濾波器的尺寸相對于波導濾波器而言小了812倍，Q值是相應金屬諧振器的35倍。兩種途徑中第一種有可能使的濾波器Q下降30%到50%，途徑二有可能使得濾波器Q下降5%到20%。如此看來途徑一可以有效的減小濾波器體積，但是卻增加很大的插入損耗，對于節(jié)數(shù)比較多的濾波器，看來途徑2更是一種比較好的選擇。除此之外，濾波器的TM模式對于 TE模式而言對金

27、屬圓盤的調節(jié)更為敏感，當金屬調節(jié)圓盤往下調節(jié)的時候，TE模式頻率往高漂移，而TM模式迅速往下飄溢，所以在濾波器設計初期就應該優(yōu)化使得DR頻率比較恰當?shù)氖沟媒饘賵A盤調節(jié)范圍盡量小，這樣可以使得TM模式盡量遠離通帶，不干擾正常的工作模式。 八、設計實例一此處列舉 330產(chǎn)品的設計過程，供讀者參考。1、產(chǎn)品要求1.0151910220019911989.41975.61974帶內波動：0.7dB回波要求全溫范圍內18dB諧波要求： 3950-3980 MHz 20 dB min 5925-5970 MHz 30 dB min功率要求Average PowerOperational AltitudeP

28、EP Power Altitude & 1.5:1 VSWR 40CEquivalent PEP Power Sea Level & 1.5:1 or better VSWR330250Watts 10,000 ft 2500 Watts 6000 Watts2、閱讀要求進行仿真設計根據(jù)帶外抑制要求，確定濾波器節(jié)數(shù)，及飛感數(shù)目。仿真圖形如下圖，需要六個腔一正一負兩個傳輸零點根據(jù)插損、帶內波動及整體結構尺寸大小，等各方面的考慮，單腔Q值必須要求達到12000以上，必須采用介質TE01模式才能夠實現(xiàn)。由于帶外諧波要求，最后確定諧振器Qu必須大于15000以下是仿真圖形：插入損耗估算

29、3、結構設計，根據(jù)腔體外型尺寸，及仿真所得腔數(shù)，來確認單腔容積?？紤]到很高的平均功率要求，決定用對稱飛的結構來實現(xiàn)兩個相對中心頻率對稱的兩個止帶要求。4、制定相應的介質規(guī)范書規(guī)范書關鍵內容包括，單腔尺寸，諧振器Qu、Tf、數(shù)目、頻率要求.Qu，及Tf通過仿真圖形可以看出來，Qu>16000,Tf=0±1ppm.數(shù)目6個,考慮到將采用金屬調節(jié)盤進行調節(jié)，所以確認頻率比通帶中心頻率低7.5MHz，保證一定的調節(jié)范圍,規(guī)范書中應該注明對諧振器的功率要求。6、 進行介質樣品采購選擇技術成熟的供應商，發(fā)規(guī)范書，及測試單腔夾具。早期從供應商處得到介質精確尺寸，進行窗口結構仿真，并機加工腔體

30、。7、 實際測試、調試用單腔測試諧振器Qu 及Tf,并將結果反饋供應商作為下一步的Tf調整的依據(jù)。在保證諧振器尺寸不變的情況下，重新進行介質樣品采購，此次樣品采購將獲得最合適的介質溫度系數(shù)。通過放射時延法訂制抽頭形狀及尺寸，通過測量耦合帶寬的方法對各個窗口大小進行修正，最終得到最適宜的尺寸。8、 對新到樣品，測試調試.對新樣品進行單腔測試，如不合格立即重新采購，如沒問題即可裝配整機進行各項測試。9、 常溫圖形：九設計實例二 此處以 335的設計過程為例。1客戶規(guī)范要求 ItemSpecificationPassbandMHZInsertion Loss 2110.6-2115.6MHZ 1.2

31、dB2115.6-2129.4MHZ 0.75dBPassband Ripple2110.6-2115.6MHZ 0.8dB2115.6-2129.4MHZ 0.6dBReturn Loss2111.1-2129.4MHZ 18dB2110.6-2111.1MHZ 12dBRejection:1920-1940MHZ70dB1940-1980MHZ60 dBDC-1785MHZ60 dB1785-1895MHZ30 dB1895-1920MHZ60 dB1940-2109MHZ15 dB2131-2500MHZ15 dB4220-4260MHZ30 dB6330-6390MHZ30 dBGro

32、up Delay Ripple:acrossband150nsAny Contiguous 1.25MHZ75nsPower test:Peak-Peak6000WAverage 250W2仿真結果分析從規(guī)范可以看出，濾波器的通帶帶寬為18.8MHz，帶外1.6MHz外要求抑制為15dB, 帶內插損分段要求，分別為1.2dB和0.75dB。根據(jù)仿真結果，單腔Q值要求至少為13000。仿真結果如下：Order: 7 center frequency:2120MHZReturn Loss: 25 dB ripple bandwidth: 19.6MHZFinite transmission zeros(MHZ):2109,2131 單腔Q值：13000 通過仿真可以看出，完成規(guī)范所示指標濾波器需要7個腔，單腔Q值要求至少為13000。受限于濾波器的結構限制，采用金屬空腔的話，Q值將很難達到，只能采用高Q值介質諧振器；另外要求一個容飛和一個感飛，考慮到平均功率的要求，設計為對