介質(zhì)濾波器是一種采用介質(zhì)諧振腔經(jīng)過多級(jí)耦合而取得選頻作用的微波濾波器。進(jìn)入21世紀(jì)后，介質(zhì)濾波器經(jīng)過理論和實(shí)踐方面的長(zhǎng)期積累，逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線。

由于介質(zhì)濾波器具有小型化、低損耗和溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，所以在移動(dòng)通信和微波通信等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，5G，便攜電話、汽車電話、無(wú)線耳機(jī)、無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電臺(tái)、無(wú)繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。

介質(zhì)濾波器的表面覆蓋著切向電場(chǎng)為零的金屬層，電磁波被限制在介質(zhì)內(nèi)，形成駐波振蕩，其幾何尺寸約為波導(dǎo)波長(zhǎng)的一半。材料一般采用相對(duì)介電常數(shù)為60~80之間的陶瓷，實(shí)際應(yīng)用于無(wú)線通信中的介質(zhì)陶瓷濾波器尺寸在厘米級(jí)。 介質(zhì)濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)是功率容量大，插入損耗低，但存在兩大缺點(diǎn)：第一，體積較大，在厘米量級(jí)，與集成電路相比占用了系統(tǒng)很大的體積；第二，介質(zhì)濾波器一般是分立器件，無(wú)法與信號(hào)處理電路進(jìn)行集成，而且由濾波器到信號(hào)處理芯片需要經(jīng)過一條不可忽略的傳輸線，必須進(jìn)行阻抗匹配，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且造成一定的信號(hào)衰減。

工作原理

介質(zhì)濾波器是由若干個(gè)介質(zhì)諧振器耦合而成的。金屬空腔諧振器的主要損耗來(lái)自導(dǎo)體的損耗，介質(zhì)濾波器用介質(zhì)(如微波陶瓷)取代金屬導(dǎo)體，能夠把電磁場(chǎng)限制于諧振腔之內(nèi)，因此具有較高的Q值。

根據(jù)電磁波的傳播特性，當(dāng)電磁波從高介電常數(shù)的介質(zhì)進(jìn)入低介電常數(shù)的介質(zhì)時(shí)，會(huì)在介質(zhì)分界面上發(fā)生發(fā)射和折射。當(dāng)入射角大于或等于臨界角時(shí)，電磁波將會(huì)發(fā)生全反射。介質(zhì)的介電常數(shù)越高，臨界角越小，全反射現(xiàn)象就越容易發(fā)生．在介質(zhì)表面也就越容易形成磁壁。由磁壁圍成的介質(zhì)塊構(gòu)成介質(zhì)諧振器。這種由高介電常數(shù)、低損耗介質(zhì)材料所形成的微波諧振器，其電磁場(chǎng)能量基本上都集中在諧振腔內(nèi)，輻射損耗非常小。介質(zhì)本身的損耗決定諧振器的Q值，即Q=1/tanδ。一些常用介質(zhì)材料的損耗角正切值通常為0．0001～0．0002，其Q值可達(dá)500～10 000。正是因?yàn)榻橘|(zhì)的品質(zhì)因數(shù)很高，電磁能量絕大部分集中在介質(zhì)諧振器之內(nèi)，所以電磁振蕩極易維持下去。因此，介質(zhì)諧振器可以作為濾波器使用。目前，陶瓷介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)約為39，最大可以做到90以上。因此，使用介質(zhì)材料作諧振器，可以大大縮減濾波器的體積和質(zhì)量，并且不會(huì)降低濾波器的性能。

附電子科大賈寶富教授介質(zhì)濾波器設(shè)計(jì)講解PPT