一直想写一篇介绍微波介质陶瓷的文章，却发现每每难以面面俱到，也许只有从滤波器基础知识入手，才能更好的了解它吧。

本文从网络上搜索汇总了滤波器、陶瓷滤波器、微波滤波器、介质滤波器的基本知识，希望能让大家更好的了解微波介质陶瓷滤波器。

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1、滤波器简介

滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。滤波器，是对波进行过滤的器件。

滤波是信号处理中的一个重要概念，在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。

滤波器的主要参数

中心频率：滤波器通带的频率f0，一般取f0=(f1+f2)/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

截止频率：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

通带带宽：指需要通过的频谱宽度，BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

插入损耗：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。

纹波：指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

带内波动：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

带内驻波比：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR<1.5：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

回波损耗：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数，也等于20Log10ρ，ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。

延迟：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。

带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

滤波器主要分类

按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；

带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过，又称为陷波滤波器。

全通滤波器：全通滤波器是指在全频带范围内，信号的幅值不会改变，也就是全频带内幅值增益恒等于1。一般全通滤波器用于移相，也就是说，对输入信号的相位进行改变，理想情况是相移与频率成正比，相当于一个时间延时系统。

按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

根据滤波器的安放位置不同，一般分为板上滤波器和面板滤波器。

无源滤波器

无源滤波器是利用电阻、电抗器和电容器元器件构成的滤波电路。谐振频率时，电路阻抗值最小，非谐振频率时，电路阻抗比很大，将电路元器件数值调整到某一特征谐波频率，则能滤除该次谐波电流；当若干谐波频率的调谐电路组成在一起，则能滤除对应的特征谐波频率，通过低阻抗旁路实现对主要次数谐波(3、5、7)的过滤。主要原理就是针对不同次数谐波，设计该谐波频率的阻抗为很小，实现谐波电流的分流效应，即为预滤除的高次谐波提供旁路通道，实现净化波形。

有源滤波器

有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。有源滤波器之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波)，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿)，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功。它能够对幅值和频率都波动的高次谐波分量进行补偿，以及对变化的系统无功分量进行动态补偿，克服了传统型式谐波治理方案和无功补偿的缺点，达到了动态跟踪补偿的效果。

2、陶瓷滤波器简介

传统陶瓷滤波器是由锆钛酸铅陶瓷材料制成，其两面被银作为电极，经直流高压极化后就具有压电效应。陶瓷滤波器与传统滤波器功能一样，主要起滤波作用，具有高稳定性、抗干扰性能良好、无需调整、价格低等特点，并逐渐取代了传统的LC滤波网络，广泛应用于电视机、录像机、收音机等各种电子产品中作选频元件。

陶瓷滤波器按幅频特性可分为带阻滤波器(又称陷波器)与带通滤波器(又称滤波器)两类，主要用于选频网络、中频调谐、鉴频和滤波等电路中，达到分隔不同频率电流的目的。具有Q值高，幅频、相频特性好，体积小、信噪比高等特点。

其原理主要是利用陶瓷材料的压电效应来实现电信号→机械振动→电信号的转化，从而取代部分电子电路中的LC滤波电路，使其工作更加稳定。

3、微波滤波器简介

微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。分类可以按功能、组成元件和传输线结构进行：按功能分类有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器；按组成的元件分类有集中参数滤波器、分布参数滤波器和集中参数与分布参数混合型滤波器。

微波滤波器，用来过滤或分离不同微波频率信号的元件。主要分为低通、高通、带通和带阻四种类型，它们的结构、参数和设计方法因不同的工作频率、频带宽度、功率容量等指标而有显著差别。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。

微波滤波器原理

微波滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。

微波滤波器分类

最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。按滤波器的频率响应来划分，常见的则有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。

微波滤波器结构

微波滤波器采用分布参数电路，或集总与分布参数电路相结合的电路，结构以微波传输线、波导为主体，也可以直接利用金属谐振腔或介质谐振器。光学和准光学滤波器的结构也可用于毫米波频率，甚至各种结构都可设计成宽带或窄带的滤波器。此外，滤波器的结构决定受击穿强度、温升等限制的功率容量。

微波滤波器的技术指标包括工作频率、频带宽度、带内衰减、带外衰减、时延特性等设计指标；功率容量、温度稳定性、机械强度及稳定性等结构指标。

微波滤波器的设计指标主要包括：

绝对衰减：阻带中最大衰减(dB)。

带宽：通带的3dB带宽。

中心频率：fc或f0。

截止频率：下降沿3dB点频率。

每倍频程衰减：离开截止频率一个倍频程衰减(dB)。

微分时延：两特定频率点群时延之差以ns计。

群时延：任何离散信号经过滤波器的时延(ns)。

插入损耗：当滤波器与设计要求的负载连接，通带中心衰减，dB。

带内波纹：在通带内幅度波动，以dB计。

相移：当信号经过滤波器引起的相移。

品质因数Q：中心频率与3dB带宽之比。

止带：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点(如60dB点)的带宽。

4、介质滤波器简介

传统介质滤波器是利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点设计制作的，由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。

介质滤波器是一种采用介质谐振腔经过多级耦合而取得选频作用的微波滤波器。进入21世纪后，介质滤波器经过理论和实践方面的长期积累，逐渐从实验室走向生产线。由于介质滤波器具有小型化、低损耗和温度特性好等优点，所以在移动通信和微波通信等系统中得到了广泛应用。其特点是插入损耗小、耐功率性好、带宽窄，特别适合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便携电话、汽车电话、无线耳机、无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。

介质滤波器的表面覆盖着切向电场为零的金属层，电磁波被限制在介质内，形成驻波振荡，其几何尺寸约为波导波长的一半。材料一般采用相对介电常数为60~80之间的陶瓷，实际应用于无线通信中的介质陶瓷滤波器尺寸在厘米级。

介质滤波器的主要优点是功率容量大，插入损耗低，但存在两大缺点：第一，体积较大，在厘米量级，与集成电路相比占用了系统很大的体积；第二，介质滤波器一般是分立器件，无法与信号处理电路进行集成，而且由滤波器到信号处理芯片需要经过一条不可忽略的传输线，必须进行阻抗匹配，不但结构复杂而且造成一定的信号衰减。

介质滤波器工作原理

介质滤波器是由若干个介质谐振器耦合而成的。金属空腔谐振器的主要损耗来自导体的损耗，介质滤波器用介质(如微波陶瓷)取代金属导体，能够把电磁场限制于谐振腔之内，因此具有较高的Q值。

根据电磁波的传播特性，当电磁波从高介电常数的介质进入低介电常数的介质时，会在介质分界面上发生发射和折射。当入射角大于或等于临界角时，电磁波将会发生全反射。介质的介电常数越高，临界角越小，全反射现象就越容易发生．在介质表面也就越容易形成磁壁。由磁壁围成的介质块构成介质谐振器。这种由高介电常数、低损耗介质材料所形成的微波谐振器，其电磁场能量基本上都集中在谐振腔内，辐射损耗非常小。介质本身的损耗决定谐振器的Q值，即Q=1/tanδ。一些常用介质材料的损耗角正切值通常为0．0001～0．0002，其Q值可达500～10 000。正是因为介质的品质因数很高，电磁能量绝大部分集中在介质谐振器之内，所以电磁振荡极易维持下去。因此，介质谐振器可以作为滤波器使用。目前，陶瓷介质材料的相对介电常数约为39，最大可以做到90以上。因此，使用介质材料作谐振器，可以大大缩减滤波器的体积和质量，并且不会降低滤波器的性能。

介质滤波器应用

介质滤波器与金属滤波器相比，可以实现小型化。在20世纪70年代，介质滤波器就被用于微波通信领域，80年代以后，随着蜂窝电话的出现，介质滤波器也被用于移动通信系统。现在，介质滤波器作为小型化的高频，在微波和移动通信领域已不可或缺。利用高介电常数(相对介电常数大于30)的陶瓷材料制作的介质滤波器，其体积仅为空腔精振器滤波器的几分之一，更重要的是随着陶瓷材料的发展，介质滤波器的谐振频率随温度的变化量可以控制在很小的范围。介质滤波器不仅可以作为微波中继线路以及移动通信系统里的带通滤波器，还以作为光通信应用的时钟信号抽出滤波器。

现在市场上的介质滤波器按结构可以分为两大类，一类是采用TE01δ模的介质谐振器型滤波器，其滤波原理是输入的电磁能量首先传入输入端的介质谐振器，通过谐振传人相邻的介质谐振器，又经过输出端的介质谐振器输出电磁波，在这一连串的谐振过程中，只允许频率成分在谐振频率附近的电磁波通过，从而发挥带通滤波器的作用。第二类是采用TEM模介质谐振器型的滤波器，滤波原理与第一类介质滤波器大体相同：电磁波经过输入端的耦合电容器注入介质谐振器。引起电磁谐振，同样也是只允许频率成分在谐振频率附近的电磁波通过，起到带通滤波器的作用。