介质腔体滤波器毕业设计论文.doc

2002级本科毕业设计论文 第 2 页 共 Ⅰ 页 目 次 引言……………………………………………………………………………………… 1 1.1 介质谐振器的发展和应用……………………………………………………… 1 1.2 介质滤波器的特点及应用 …………………………………………………… 3 1.3 本文的主要研究内容 ………………………………………………………… 3 2 介质腔体滤波器的理论设计……………………………………………………… 4 2.1滤波器基本原理……………………………………………………………… 4 2.2 介质腔体滤波器的线路设计…………………………………………………… 8 2.3 介质腔体滤波器的微波实现…………………………………………………… 10 3 腔体介质滤波器的仿真设计………………………………………………………15 3.1 Ansoft HFSS软件介绍………………………………………………………… 15 3.2 腔体介质滤波器的工作原理……………………………………………… 17 3.3 腔体介质滤波器的仿真过程…………………………………………………… 17 4 腔体介质滤波器的生产与调试……………………………………………………20 4.1 介质谐振器与截止波导的生产……………………………………………… 20 4.2 滤波器的调试…………………………………………………………… 22 5 滤波器的测试结果及分析……………………………………………………22 结论 ……………………………………………………………………………………25 致谢 ……………………………………………………………………………………26 参考文献………………………………………………………………………………27 1 引言 1．1 介质谐振器的发展和应用 微波介质谐振器是国际上70年代出现的新技术之一。1939年，R．D．Richtmyes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??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：①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或轴谐振器的1/10以下，便于实现电路小型化；②Q0值高，高0.1-30GHz范围内，Q0可达103-104；③基本上无频率限制，可以适用到毫米波（高于100GHz）；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。① 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10％。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1％。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38的394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： 　　　（D/L＝2～2.5） (1.1) 　其中D为谐振器的外径，L为谐振器高度，εr为谐振器的介电常数，f0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εr高、损耗正切tanδ小、频率温度系数ηf小。孤立介质谐振器的无载Q0值取决于介质材料的Q值。对于相对介电常数为100左右或者更高的介质谐振器，其无载Q0值可用下式近似估算： (1.2) 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Q0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一定的影响，支架升高，频率相对减小；另一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。 1．2 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一个新发展，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，