体滤波器的理论设计滤波器基本原理理想的滤波器应该是这样的种二端口网络在通带内它能使微波信号完全传输，而在阻带内它使微波信号完全不能传输。然而我们只能设计个尽可能接近理想滤波器特性的滤波器。与其他微波器件样，对于微波滤波器同样也有两类问题需要研究，是分析，二是综合。已知滤波器的电路结构和元件参数，计算它的工作特性，这属于分析问题与此相反，从预定的工作特性出发，确定滤波器的电路结构和元件数值，这过程则属于综合问题。在实际工作中遇得较多的是综合问题。滤波器的综合设计般包括四个环节根据系统要求确定滤波器的工作特性，选择适当的描述上述工作特性的逼近函数的数学表达式，确定滤波器的集总参数的网络结构，选择合适的微波结构予以实现。下面将详细介绍滤波器设计的般流程。滤波器设计般流程般的滤波器都可以看做是个二端口网络，按照微波系统的要求，可以确定滤波器的工作特性。工程上习惯于用插入衰减来描述滤波器的工作特性。定义为当网络输出端口接匹配负载时，网络输入端口的入射功率与负载所得到的功率之比，常用对数表示为按照滤波器插入衰减的频率特性不同，般将滤波器的工作特性分为四类低通高通带通和带阻。本论文的指标为带通滤波器。对于个微波滤波器有下列几项主要技术指标通带载止频率和通带最大插入衰减阻带边界频率和阻带最小插入衰减寄生通带插入相移和时延频率特性所谓插入相移是信号通过滤波器后所引入的滞后相位，即网络散射参数的相角，它是频率的函数，随着的变化曲线即为滤波器的插入相移频率特性。对于不同类型的滤波器，我们并不需要自始至终地进行综合设计，简单的方法是将低通原型滤波器分析清楚，然后利用频率变换将低通高通带通带阻滤波器变换成低通原型来综合设计。在工程上只能用些函数去尽量逼近理想的衰减特性。常用的逼近函数有三种最平坦函数切比雪夫多项式和椭圆函数。这三种逼近函数分别形成低通原型滤波器的三种衰减频率特性，而与之对应的滤波器分别称为最平坦式滤波器切比雪夫式滤波器和衰减不小于。由实物波形图与仿真波形图我们可以清晰地看到，实物波形图的阻带仅能达到，而仿真波形图则明显较好，这是由于实物中存在干扰，如波导壁不可能绝对光滑，波导也并非绝对的良导体，它们中必然存在着衰减与干扰，因此阻带中存在着波动，另外我们也会注意到仿真波形的两个驻波是非常重合的，这说明两端口间的反射是相同的，图实际波形图目次引言介质谐振器的发展和应用介质滤波器的特点及应用本文的主要研究内容介质腔体滤波器的理论设计滤波器基本原理介质腔体滤波器的线路设计介质腔体滤波器的微波实现腔体介质滤波器的仿真设计软件介绍腔体介质滤波器的工作原理腔体介质滤波器的仿真过程腔体介质滤波器的生产与调试介质谐振器与截止波导的生产滤波器的调试滤波器的测试结果及分析结论致谢参考文献引言介质谐振器的发展和应用微波介质谐振器是国际上年代出现的新技术之。年，就提出非金属介质体具有和金属谐振腔类似的功能，并把它称为介质谐振腔。但是直到六十年代末才开始使用到微波电路中。国内七十年代就有人研究，八十年代初报导了有关研究成果。介质谐振器是用低损耗高介电常数的介质材料做成的谐振器，已广泛应用于多种微波元器件中。它具有如下特点体积小，由于材料的介电常数高，可使介质谐振器的体积小至空腔波导影响。另方面，在同通信系统内还要控制通信通道内的相互干扰。为了达到此目的，在移动通信基站中就要设置高质量的微波滤波器。不管通信体制是时分制还是频分制，这种微波滤波器都是必不可少的。本文介绍的介质腔滤波器，应用于移动码分地球站和路数字微波接力机中。由于卫星地球需要同时接收通信信号和信标，为此还研制了介质腔分频器。在等频段中实现的带通滤波器实测性能与美国公司年报导的数据相当。移动码分地球站收发信号系统用微带混合集成电路，除高功率用行波外，全机场效应管化。其中予选器和上变频输出滤波器采用介质谐振腔带通滤波器。在路数字微波接力机中，微波信道机全机场效应管化，采用微带混合集成电路，介质谐振腔稳频振荡器作本振源，前后予选滤波器用介质腔带通滤波器。初步实现了微波机的集成化小型化。而采用介质谐振器组成的腔体滤波器具有比较明显的优势，首先单个谐振器具有较高的频率和值，因此具有良好的性能另外它采用的是电磁耦合的方式，适用于微波通讯雷达电子对抗军事航空航天等领域，是种新型的，有发展前途的器件。本文的主要研究内容介质腔体带通滤波器是种窄带高性能滤波器，具有带内低插耗，带外高抑制等优点。在或更窄带宽均可实现，带内插损可在左右，带外抑制大于，带内起伏可达，般第个寄生通带高出工作通带中心频率的左右，与理论值基本致。本文介绍的介质谐振器滤波器要求中心频率为，带宽为，插入损耗为，通带波动，驻波比。就此滤波器的理论可行性和实际生产而言是没有问题的，但是由于考虑到实际生产中谐振器频率的问题，现将设计指标定为中心频率为，其它参数不变。与其它滤波器相比，此滤波器应用于较大功率和对阻带衰减即矩形系数要求较高的场合，具有比较明显的优势，但由于其设计具有方法的特殊性，要突破原有设计经验的束缚，并总结出此种滤波器的设计规律，将理论和生产实际有机地结合起来，这也作为此滤波器设计的主要目的。介质谐振器带通滤波器使用至今，其主要结构还是两种种是微带型另种是截止波导型。由于微带型损耗较大，般对于频率高于的微波带通滤波器都不使用它，而采用插损较小的截止型带通滤波器。截止型滤波器的设计由于受很多因素的影响，如介质谐振器的介电常数和其尺寸垫衬材料及其轴谐振器的以下，便于实现电路小型化值高，高范围内，可达基本上无频率限制，可以适用到毫米波高于④谐振频率的温度稳定性好。因此，介质谐振器在混合微波集成电路中得以广泛的应用。目前，介质谐振器已用于微波集成电路中作带通和带阻滤波器中的谐振元件慢波结构振荡器的稳频腔鉴频器的标准腔等。在微波集成电路中，介质谐振器的形状通常为矩形圆柱形和圆环形。介质谐振器的谐振频率与振荡模式谐振器所用的材料及尺寸等因素有关。分析这个问题的方法早期是用磁壁模型法，即将介质谐振器的边界看成磁壁来分析，这种方法的误差较大，达。现在较为精确的分析方法有变分法介质波导模型法开波导法混合磁壁法等，误差可小于。人们已对常用的介质谐振器的谐振频率做了计算，对于给定了介电常数和尺寸的介质谐振器，可以直接从有关曲线图中求得其谐振频率。对于介电常数为的材料做的圆柱形介质谐振器，它的频率与尺寸间的关系公式如下其中为谐振器的外径，为谐振器高度，ε为谐振器的介电常数，为谐振器的谐振频率。对介质谐振器材料的要求是介电常数ε高损耗正切小频率温度系数η小。孤立介质谐振器的无载值取决于介质材料的值。对于相对介电常数为左右或者更高的介质谐振器，其无载值可用下式近似估算但实际应用的介质谐振器都是放在波导中或微带基片上的，由于金属板上将产生传导电流引起导体损耗，所以介质谐振器的值将降低。本设计需要将谐振器放在支架上，支架的高度对谐振器频率有定的影响，支架升高，频率相对减小另方面由于支架的增高，使得谐振器与波导顶的距离减小，同时谐振器频率又会有所升高，因此我们在选择谐振器和支架时，要综合考虑这些因素的影响，从而得出比较接近的值，后面将介绍由这些因素的影响而得出的计算谐振器频率的公式。介质滤波器的特点及应用介质谐振器滤波器是微波滤波器电路技术的个新发展，它可以满足微波滤波器尺寸小低插损但能集成的电路要求。虽然微波毫米波滤波器的研究具有悠久的历史，但是传统的设计和实现高品质的技术，如利用传统金属波导或利用微带线的滤波器实现技术，不是造价昂贵就是很难达到所要求的技术指标。要实现高质量的移动通信，控制干扰信号进行通信信道十分关键，方面要控制通信信道外的干扰对通信道许工程师们根据自己的需要去制作用户特定的设计流程。视窗对话方块工具栏甚至菜单均可被用户通过配量缺省来支持个性化参数定义。使用者可通过主菜单工具栏项目树和文本栏来灵活操作界面命令。另外，通过脚本语言和全面控制和专用化定制。脚本也能支持强大的宏记录，可以用来定义参数化几何结构，执行用户分析流程或控制从开始到结束的整个设计流程。腔体介质滤波器的工作原理下面以两腔谐振器滤波器为例说明此种滤波器的工作原理三维电场分布。可以看见场在两个介质环处集中。度时电场幅值的等高图度时度时由图我们可以看出，如前面所述，能量是在截止波导中以波的方式经探针，由两个谐振器，探针依次传递过去，此图也是判断滤波器设计是否成功的个依据，同样也为滤波器的设计提供了方便，使之更加直观化，后面在仿真部分我们还会作进步的分析。腔体介质滤波器仿真过程前面已对滤波器的基本参数进行了分析和计算，将分析与计算的数据在模型中表现出来，是仿真的主要工作。而对波形的分析与模型的修改是设计滤波器的关键，也是对滤波器进行调试的关键。绘制仿真模型按照计算出的数据，用仿真软件绘制仿真模型如图所示，所绘模型和实物基本致，设置模型中所用材料的基本参数如介电常数等，如振子和支架的介电常数前面已有说明，特别需要注意的是矩形波导为良导体，探针的参数是绘制模型的关键，由于接头是个输入输出特性阻抗为的装置，也正是这个接头才使滤波器能够与外电路达到匹配，从而使传输功率最大。接头的设计要以实物为参考，绘出基本结构，并设置材料的介电常数，确保输入输出特性阻抗为，使仿真与实物尽可能的致。图滤波器仿真模型图进行仿真设计在进行仿真设计之前我们还需对仿真的其它参数进行设置，如仿真的频率段仿真精度仿真步数仿真方式等多种参数，这些参数决定着仿真的时间效率与精度。因此准确地选择这些参数会给仿真带来大大的方便。在对这些参数设置之后就可以对模型进行仿真了。仿真波形的分析与模型的修改对仿真波形的分析