![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
一种高可靠连体式介质滤波器设计.pdf
《一种高可靠连体式介质滤波器设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种高可靠连体式介质滤波器设计.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第4 6卷 第2期压 电 与 声 光V o l.4 6 N o.22 0 2 4年4月P I E Z O E L E C T R I C S&A C OU S T OO P T I C SA p r.2 0 2 4 收稿日期:2 0 2 3-1 1-2 1 作者简介:魏强(1 9 7 1-),男,重庆市人,研究员,硕士。文章编号:1 0 0 4-2 4 7 4(2 0 2 4)0 2-0 1 4 3-0 6D O I:1 0.1 1 9 7 7/j.i s s n.1 0 0 4-2 4 7 4.2 0 2 4.0 2.0 0 1一种高可靠连体式介质滤波器设计魏 强,李 鲲,冯小东(中国电子科
2、技集团公司 第二十六研究所,重庆 4 0 0 0 6 0)摘 要:根据椭圆函数响应,采用相对介电常数为 3 7 的高品质因数微波介质材料,该文设计了一种低损耗、连体式四级介质滤波器。通过1-4谐振器之间使用级联四元组(C Q)电容加载耦合,经优化后滤波器中心频率为1 2 6 8 MH z,工作带宽为2 5 MH z,插入损耗2.5 d B,回波损耗1 8 d B,近端带外抑制4 0 d B。根据仿真模型结构参数,优化成型和金属化工艺,制备得到的样品,通过可靠性环境试验表明,该滤波器的性能测试结果与仿真结果吻合良好。关键词:介质滤波器;交叉耦合;带外抑制;可靠性中图分类号:T N 3 8 4 文
3、献标识码:AA M e t h o d o f D e s i g n D i e l e c t r i c M o n o b l o c k F i l t e r w i t h H i g h R e l i a b i l i t yWE I Q i a n g,L I K u n,F E N G X i a o d o n g(T h e 2 6 t h R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a
4、t i o n,C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t:A f i l t e r w a s d e s i g n e d b a s e d o n e l l i p t i c f u n c t i o n r e s p o n s e s a n d f a b r i c a t e d u s i n g h i g h-Q-f a c t o r m o n o l i t h-i c c e r a m i c m a t e r i a l s w i t h a r e l a t i v e
5、p e r m i t t i v i t y o f 3 7.A S MD m o n o l i t h i c f o u r-c a v i t y d i e l e c t r i c f i l t e r w i t h l o w i n s e r-t i o n l o s s w a s d e s i g n e d a n d m a n u f a c t u r e d b y l e v e r a g i n g c a s c a d e d q u a d r u p l e t c o u p l i n g b e t w e e n 1 a n d
6、 4 r e s o n a t o r,T h e p e r f o r m a n c e i n d e x e s o f t h e o p t i m i z e d f i l t e r a r e a s f o l l o w s:a c e n t e r f r e q u e n c y o f 1 2 6 8 MH z,o p e r a t i n g b a n d w i d t h o f 2 5 MH z,i n s e r t i o n l o s s 2.5 d B,r e t u r n l o s s 1 8 d B,a n d o u t-o
7、 f-b a n d s u p p r e s s i o n 4 0 d B.O n t h e b a s i s o f t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f t h e s i m u l a t i o n m o d e l,s a m p l e s w e r e m a n u f a c t u r e d u s i n g t h e o p t i m i z e d m e t a l l i z a t i o n a n d m o l d i n g p r o c e s s.T h e p e
8、 r f o r m a n c e t e s t r e s u l t s c o n f o r m t o t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s,d e m o n s t r a t i n g h i g h r e l i a b i l i t y.K e y w o r d s:d i e l e c t r i c f i l t e r;c r o s s-c o u p l i n g;o u t o f b a n d s u p p r e s s i o n;r e l i a b i l i t y0 引言介质滤波器具
9、有插损低,抑制高,承受功率大,成本低及小型化等特点,与传统的金属波导滤波器相比,其尺寸和质量均较小,因而在通信、航空航天等各种高可靠性射频模块中应用较广1-2。高可靠性各种射频模块不但对滤波器的电性能提出高标准,如体积小、插入衰耗小、阻带衰减大,而且对器件外观质量和环境条件的要求苛刻。介质滤波器结构设计对其性能至关重要,根据结构实现方式,其可分为分离式和连体式结构。耦合结构和谐振结构分离设计时3,各谐振器间的耦合及滤波器与外电路的耦合采用分离式电容耦合实现,这种结构适合于宽带滤波器设计,但体积较大。连体式结构介质滤波器的耦合结构和谐振结构由单块陶瓷介质实现4-5,耦合结构由微波陶瓷块上(开路端
10、)不同形状的金属电极实现,由该独立金属电极与通孔构成谐振结构。这种连体式结构能够实现小型化,适合于窄带滤波器的设计。但由于电磁波在一个整体结构中传播,相邻谐振器间寄生耦合较严重,增加了设计难度。微波介质滤波器的制作过程中,由于陶瓷材料脆性较高,在使用过程中受温度和机械应力的影响,经常出现胚体断裂和可焊性问题。张艳征6采用染色试验检验裂纹方法剔除陶瓷介质本体开裂。李浩等7分析介质滤波器焊接开裂的机理,提出了焊接开裂的解决方案。蒋洪平等8分析了介质滤波器银层附着力对可焊性的影响。本文采用相对介电常数r=3 7的高品质因数Q值微波介质材料设计了一款贴片式、独块状的介质滤波器,采用控制交叉耦合通槽的相
11、对位置和槽压 电 与 声 光2 0 2 4年度实现对称的传输零点,以提高滤波器带外抑制。经过优化调整,设计出满足性能指标要求的介质滤波器。同时调整工艺路线,优化成型和金属化工艺,制作出相应的样品。通过可靠性环境试验结果表明,样品的测试结果与仿真结果吻合良好。1 介质滤波器设计理论连体式介质滤波器是将谐振器和耦合结构制作为一个完整的介质胚体,将微波介质材料经成型、烧结、电极制备等工艺制作,内部金属化后的谐振孔与金属化的外表面构成长度约/4(为波长)的同轴传输线。整个介质胚体除其中一个端面外,其余表面和通孔内表面全部金属化,形成了一个一端短路、另一端开路的/4同轴传输线型谐振器,通过输入、输出电极
12、和中间的耦合电极形成带通滤波器。与分离式谐振器结构相比,虽然减小了器件体积,但由于耦合和谐振结构在一个整体中,腔间耦合弱,不适于宽带器件制作。同时寄生耦合强,带外抑制低,设计难度大。介质滤波器的通用设计流程如图1所示。根据设计指标得到滤波器耦合系数矩阵,通过在电磁仿真软件中利用本征模求解,得到初始物理尺寸参数值。最后完成滤波器整体建模,经过优化,获取理想的特性曲线,确定最终的结构参数。图1 介质滤波器设计流程滤波器的腔体谐振频率可通过双模本征模法计算得到,腔体的级间耦合系数ki j为ki j=(f2i-f2j)(f2i+f2j)(1)式中:fi,fj分别为相邻耦合谐振腔的谐振频率。源、负载与相
13、邻谐振腔之间的耦合量可采用外部品质因数定量表示。外部品质因数是指终端电阻反射到第一个谐振腔得到的Q值,即:Q=f/2(2)式中:为端口S1 1群时延;f为频率。2 介质滤波器设计本文 设 计 的 介 质 滤 波 器 中 心 频 率f0为1 2 6 8 MH z,1 d B带宽 2 5 MH z,带内插损 2.5 d B,带内驻波 1.5,阻带抑制4 0 d B(f01 0 0 MH z,),尺寸为1 0.8 mm 8.8 mm 3.8 mm。为满足滤波器的带外抑制要求,本文采用四腔介质滤波器拓扑结构(见图2),其中1、4腔体构成容性C Q交叉耦合结构单元,为四腔介质滤波器引入一对传输零点。综合
14、得到的耦合矩阵如图3所示。图2中,S、L分别表示源和负载端口。图2 滤波器耦合拓扑结构图3 初始耦合矩阵2.1 介质滤波器结构参数设计选用填充介质材料的r=3 7,品质因数与频率之积Qf4 0 0 0 0,参照理论模型的相关参数,依据滤波器外形尺寸,确定单腔结构尺寸初值。有介质填充的同轴线特性阻抗为Z0=6 0rl nab(3)式中a、b分别为同轴线的内外直径。谐振腔沿电磁波传播方向的长度L为L=c4f0r(4)式中c为光速。由式(3)、(4)得到外形尺寸初值,建立单腔谐振器模型,采用本征模法计算单腔谐振频率,得出单个谐振腔的同轴线的内直径a=3.8 mm(长),同轴线的内外直径b=2.7 m
15、m(宽),h=8.8 mm(高),耦合孔直径为1 mm。441第2期魏 强等:一种高可靠连体式介质滤波器设计在此基础上建立介质滤波器的耦合结构模型。因本滤波器相对带宽窄,输入输出采用交指电容耦合结构,级间耦合通过加载电极相对位移间距控制,1、4腔交叉耦合通过通槽竖线控制。由式(1)、(2)得到耦合尺寸初值。根据以上方法确定滤波器的结构参数初值,建立滤波器的全腔仿真模型如图4 所示。在此基础上对滤波器各结构参数进一步优化。图4 介质滤波器全波仿真模型2.2 介质滤波器仿真优化本文采用Y参数提取法提取滤波器的结构参数。在参数提取过程中,首先提取仿真模型的腔体谐振频率、耦合带宽等参数,比较其与理论耦
16、合矩阵模型参数间的差异。先调整滤波器的频率加载面积,然后调整耦合带宽等结构参数,逼近理论模型值,最后通过空间映射优化方法,实现仿真模型的滤波特性曲线与目标值一致。理论上,1、4腔体构成容性C Q交叉耦合结构的传输特性曲线是对称的,但滤波器耦合结构的实际耦合量随频率变化,导致滤波器的左右零点不对称。图5为介质滤波器耦合结构参数。图中,S1、S2为加载耦合面积,a1、a2和b1、b2分别为矩形加载耦合的长和宽,P Y1、P Y2为矩形耦合水平偏移耦合孔的位置(正表示 向右偏移,负 表 示 向 左 偏移),L1、W1分别为输入输出耦合条的长和宽,W2为交叉耦合条的宽度。通过仿真分析与结构参数优化发现
17、,在调整交叉耦合通槽的长度满足耦合带宽不变的前提下,改变交叉耦合条W2的相对位置会引起通带外传输零点位置的偏移,当交叉耦合结构相对中间位置左移时,1-4腔耦合变弱,传输零点位置向低频处偏移;当交叉耦合结构相对中间位置右移时,1-4腔耦合增强,传输零点位置向高频处偏移。优化后,滤波器开路面结构参数如表1所示,采用对称结构。图5 介质滤波器耦合结构参数表1 滤波器耦合结构参数mmS1(a1b1)S2(a2b2)P Y1P Y22.0 522.0 51.9 50.0 5-0.1L1W1W20.60.20.2 根据表1中结构参数仿真模型得到的幅频响应曲线如图6所示,滤波器带内插入损耗1.8 d B,1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 可靠 体式 介质 滤波器 设计
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。