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同轴型微波介质滤波器研究

作　者: 张龙
导　师: 张波；刘积学
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子通信与工程
关键词: 微波介质陶瓷微波介质滤波器 1/4波长同轴谐振器高频结构仿真软件Ansoft-HFSS 结构参数
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着高频段无线电波资源的开发应用,高频、微波移动通信事业的迅猛发展,以及微波介质陶瓷材料的性能不断提高,由微波介质陶瓷材料制备成的滤波器由于具有微型化、损耗低,频率温度系数小、成本低等优点,被广泛应用于电子对抗、警戒雷达、导航通讯、遥感遥测系统、家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备。但是,研究微波介质滤波器结构对其电性能的影响需要求解复杂的电磁场方程,因此,人们需大量的时间用于求解复杂的电磁场方程而获得器件结构参数,同时器件工作频率达到微波频段,受高频寄生参数影响较大,准确地计算出器件结构参数显得异常困难。这将限制了微波介质滤波器的深入发展。本文正是针对上述问题,以微波介质滤波器为主要研究对象,深入分析了各体系微波介质陶瓷材料,各种微波介质滤波器的结构形式。在此基础上,提出了一种新颖的可靠性高、独石型微波介质滤波器结构,并对其制备关键工艺做了探索性和创新性的研究。通过计算公式初步算得微波介质滤波器的结构参数,利用Ansoft-HFSS仿真软件对其进行建模、模拟仿真和优化,获取准确的微波介质滤波器的结构参数,利用获取的结构参数进行样品的制作和测试,进而验证设计的可行性和正确性。本文主要研究内容为:1.提出了一种新型的微波介质带通滤波器结构,对其工作原理和结构的可行性、先进性进行分析,并对该型滤波器结构进行可靠性预设计,以期满足军品工作条件的苛刻要求。同时在此基础上推导出该滤波器结构的电路等效模型,以及从电路等效结构向同轴线结构的微波实现。2.根据本论文要求的技术指标进行严谨地分析,从而提出了最合适的微波介质滤波器的设计方案,并利用Ansoft-HFSS三维高频结构电磁场仿真软件对其进行仿真,根据仿真的结果进行结构参数调整,从而得出最优的器件结构参数,并总结出结构参数对器件电性能影响的变化规律。3.微波介质滤波器关键工艺研究,解决了介质谐振子制备难题,介质谐振子被银难题,摸索出微波介质滤波器的调试方法,以及提出了聚四氟乙烯引脚的创新设计。4.选用本研究所已经研制的（Zr ,Sn） TiO₄系介质陶瓷材料,其相对介电常数εr= 36,品质因数为Q·f = 25000 GHz,频率温度系数τf = 5×10^-6/℃,采用固相反应法制备介质谐振子生坯,并运用解决的关键工艺,成功研制出LJ1616M型和LJ2492M型两种微波介质滤波器,测试结果如下:a) f₀ = 1616.6 MHz,3 dB带宽为23.3 MHz,带内波动小于0.1 dB,插人损耗IL为1.48 dB,电压驻波比小于1.2,带外抑制Ls在f₀-50 MHz外大于30 dB;在f₀ +50 MHz外大于40 dB;在f₀ -125 MHz外大于50 dB;在f₀ +125 MHz外大于70 dB。b) f₀ = 2493.0 MHz,3 dB带宽为30.2 MHz,带内波动小于0.1 dB,插人损耗IL为1.539 dB,电压驻波比小于1.2,带外抑制Ls在f₀-50 MHz外大于25 dB;在f₀ +50 MHz外大于30 dB;在f₀ -125 MHz外大于45 dB;在f₀ +125 MHz外大于65 dB。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状和发展态势  11-19
    1.2.1 微波介质陶瓷材料的研究现状及发展态势  11-14
    1.2.2 微波介质器件的发展概况  14-19
  1.3 本论文研究的提出及任务  19-21
第二章微波介质滤波器设计基本理论  21-35
  2.1 微波介质谐振器的工作原理  21-22
  2.2 微波谐振器的物理参数  22-25
    2.2.1 微波介质谐振器的品质因数  22-24
    2.2.2 相对介电常数  24
    2.2.3 介质谐振器谐振波长  24-25
  2.3 微波介质滤波器设计  25-35
    2.3.1 微波介质滤波器工作原理  25
    2.3.2 微波介质滤波器设计方案的构思  25-28
    2.3.3 微波介质滤波器结构设计  28-30
    2.3.4 微波介质滤波器的电路设计  30-32
    2.3.5 微波介质滤波器的微波实现  32-35
第三章微波介质滤波器结构仿真与研究  35-51
  3.1 微波介质滤波器结构仿真软件概述  35-36
  3.2 LJ1616 MHz 型微波介质滤波器结构仿真  36-39
  3.3 LJ2492 MHz 型微波介质滤波器结构仿真  39-41
  3.4 结构参数变化对其电性能影响  41-51
    3.4.1 介质滤波器高度H 与其电性能关系  42-44
    3.4.2 谐振孔直径D 与其电性能关系  44-47
    3.4.3 耦合孔直径d 与其电性能关系  47-51
第四章微波介质滤波器的制备与测试  51-65
  4.1 微波介质陶瓷材料体系选择  51-52
  4.2 微波介质滤波器制备  52-60
    4.2.1 固相反应法  52-54
    4.2.2 微波介质滤波器工艺流程图  54-55
    4.2.3 微波介质滤波器关键工序及解决措施  55-60
  4.3 微波介质滤波器样品测试  60-65
    4.3.1 LJ1616M 型微波介质滤波器样品测试  60-62
    4.3.2 LJ2492M 型微波介质滤波器样品测试  62-64
    4.3.3 环境适应性试验  64-65
第五章结论  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
攻读硕士期间取得的研究成果  70-71
  发表论文情况  70
  申请专利情况  70
  攻读硕士期间参与项目情况  70-71
附录一环境适应性试验条件  71-76
附录二环境试验测试数据  76-81

同轴型微波介质滤波器研究

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