介質濾波器（英文Dielectric filter）利用介質陶瓷材料的低損耗、高介電常數、頻率溫度係數和熱膨脹係數小、可承受高功率等特點設計製作的，由數個長型諧振器縱向多級串聯或並聯的梯形線路構成。
基本介紹
- 中文名：介質濾波器
- 外文名：Dielectric Filter
- 優點：功率容量大，插入損耗低
- 缺點：體積較大，結構複雜
- 分類：濾波器
產品介紹,工作原理,套用,
產品介紹
介質濾波器是一種採用介質諧振腔經過多級耦合而取得選頻作用的微波濾波器。進入21世紀後，介質濾波器經過理論和實踐方面的長期積累，逐漸從實驗室走向生產線。由於介質濾波器具有小型化、低損耗和溫度特性好等優點，所以在移動通信和微波通信等系統中得到了廣泛套用。其特點是插入損耗小、耐功率性好、頻寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便攜電話、汽車電話、無線耳機、無線麥克風、無線電台、無繩電話以及一體化收發雙工器等的級向耦合濾波。
介質濾波器的表面覆蓋著切向電場為零的金屬層，電磁波被限制在介質內，形成駐波振盪，其幾何尺寸約為波導波長的一半。材料一般採用相對介電常數為60~80之間的陶瓷，實際套用於無線通信中的介質陶瓷濾波器尺寸在厘米級。
介質濾波器的主要優點是功率容量大，插入損耗低，但存在兩大缺點：第一，體積較大，在厘米量級，與積體電路相比占用了系統很大的體積；第二，介質濾波器一般是分立器件，無法與信號處理電路進行集成，而且由濾波器到信號處理晶片需要經過一條不可忽略的傳輸線，必須進行阻抗匹配，不但結構複雜而且造成一定的信號衰減。
工作原理
介質濾波器是由若干個介質諧振器耦合而成的。金屬空腔諧振器的主要損耗來自導體的損耗，介質濾波器用介質(如微波陶瓷)取代金屬導體，能夠把電磁場限制於諧振腔之內，因此具有較高的Q值。
根據電磁波的傳播特性，當電磁波從高介電常數的介質進入低介電常數的介質時，會在介質分界面上發生髮射和折射。當入射角大於或等於臨界角時，電磁波將會發生全反射。介質的介電常數越高，臨界角越小，全反射現象就越容易發生．在介質表面也就越容易形成磁壁。由磁壁圍成的介質塊構成介質諧振器。這種由高介電常數、低損耗介質材料所形成的微波諧振器，其電磁場能量基本上都集中在諧振腔內，輻射損耗非常小。介質本身的損耗決定諧振器的Q值，即Q=1/tanδ。一些常用介質材料的損耗角正切值通常為0．0001～0．0002，其Q值可達500～10 000。正是因為介質的品質因數很高，電磁能量絕大部分集中在介質諧振器之內，所以電磁振盪極易維持下去。因此，介質諧振器可以作為濾波器使用。目前，陶瓷介質材料的相對介電常數約為39，最大可以做到90以上。因此，使用介質材料作諧振器，可以大大縮減濾波器的體積和質量，並且不會降低濾波器的性能。
套用
介質濾波器與空峪精振器濾波器相比，可以實現小型化。在20世紀70年代，介質濾波器就被用於微波通信領域，80年代以後，隨著蜂窩電話的出現，介質濾波器也被用於移動通信系統。現在，介質濾波器作為小型化的高頻，在微波和移動通信領域已不可或缺。利用高介電常數(相對介電常數大於30)的陶瓷材料製作的介質濾波器，其體積僅為空腔精振器濾波器的幾分之一，更重要的是隨著陶瓷材料的發展，介質濾波器的諧振頻率隨溫度的變化量可以控制在很小的範圍。介質濾波器不僅可以作為微波中繼線路以及移動通信系統里的帶通濾波器，還以作為光通信套用的時鐘信號抽出濾波器。
現在市場上的介質濾波器按結構可以分為兩大類，一類是採用TE01δ模的介質諧振器型濾波器，其濾波原理是輸入的電磁能量首先傳入輸入端的介質諧振器，通過諧振傳人相鄰的介質諧振器，又經過輸出端的介質諧振器輸出電磁波，在這一連串的諧振過程中，只允許頻率成分在諧振頻率附近的電磁波通過，從而發揮帶通濾波器的作用。第二類是採用TEM模介質諧振器型的濾波器，濾波原理與第一類介質濾波器大體相同：電磁波經過輸入端的耦合電容器注入介質諧振器。引起電磁諧振，同樣也是只允許頻率成分在諧振頻率附近的電磁波通過，起到帶通濾波器的作用。
介質濾波器在光通信中也是不可缺少的電子器件。其中的時鐘抽出濾波器就是一個介質濾波器。可以看到，光纜傳送的光信號必須經過光接收機才能轉化為通信設備所能接收的電信號，首先，經過光纜傳送的光信號通過光電二極體轉化為電信號，然後，電信號經過2倍增器輸入到時鐘脈衝抽出濾波器，產生的時鐘脈衝信號與放大的電信號一同進入“1”“0”判斷電路，最後輸出數據信號。各部分功能電路的輸入輸出波形在光通信里通常採用NRZ(不歸零制)編碼傳送方式，這種編碼相當於數據信號的信息直接編人，不包括怎樣用定時方法判別“1”或“0”的同步信號。因此，在接收NRZ信號時，需要一種能由輸入的NRZ信號製作出同步信號的時鐘脈衝抽取電路，在這一過程中，窄帶介質濾波器可以大顯身手，將NRZ信號中的同步信號成分提取出來。有了同步信號。就可以通過選通的方法將已失真的NRZ信號變換成規整的數據信號。使用上述接收方法的光信號接收機主要用於長距離傳送信號的通信主幹網。
