混合粉末加载对隔离滤波器性能的影响实验

分类：论文范文 发表时间：2021-05-14 09:57

　　摘要：粉末材料的微波耗散机理不同于块状材料，非磁性的金属与氧化物混合粉末展现出对微波磁场较强的吸收特性。本文针对金属与氧化物混合粉末的电导率和微波磁吸收特性开展研究，并利用特定比例的混合粉末加载基于静磁表面波的隔离滤波器，研究其对非互易滤波器的隔离度和插入损耗的影响。实验结果表明：30%Cu+70%CuO的混合粉末电导率为217.435mS/m，对微波磁场具有较好的吸收特性；利用此混合粉末加载非互易滤波器后，插入损耗减小，隔离度获得了明显提升，达到了21.56dB。

　　关键词：金属氧化物粉末；铁氧体；带通滤波器；隔离度

　　射频/微波系统朝着小型化、集成化的方向发展[1-2]，为了消除带外噪声和干扰频谱分量，微波系统对具有选频特性的滤波器需求增加[3-4]。同时，隔离器是微波系统中另一重要的组成部分[5-6]。但这两类器件却通常作为分立元件存在于系统中，造成系统插入损耗高，体积大，成本高等问题。因此，结合了带通滤波器和隔离器性能的新型非互易器件不仅可以提升系统性能，还有利于实现紧凑、低成本的射频通信系统。为此，需要深入地探索滤波器与隔离器的一体化设计方法。

　　1具有隔离性的磁调谐带通滤波器

　　该滤波器的结构如图1所示，滤波器中的微带线结构使用厚度为0.3mm，相对介电常数为9.8的RogersTMM10i介质板制成。微带线长度和宽度分别为5.6mm和0.4mm，两根微带线之间距离为1.2mm，采用SSMA接头侧面馈电。因为隔离度是通过激发不同方向的静磁波在铁氧体材料的上下表面传播，从而使上下表面具有不同的阻抗特性而获得，因此将铁氧体放置于微带线平面上方并旋转45°，添加一个平行于x轴方向的外加偏置磁场，可以实现带有隔离特性的滤波功能[10]。滤波器的主要结构参数如表1所示。

　　2不同比例混合粉末材料性质探究

　　为研究金属+氧化物的混合粉末对微波磁场的吸收特性，根据文献[11]，将混合粉末在研磨钵中充分研磨15min钟及以上，粉末被混合均匀。故本文选用不同比例的，总质量为1g的Cu+CuO粉末，在研磨钵中进行15min以上的充分研磨，然后利用模具压制成圆片状样品，利用HIOKIIM3536LCR测试仪，对其电导率进行系统测量。材料电导率如表2所示，可以看出，随着Cu粉比例的减小，混合粉末材料的电导率也呈现减小趋势，并且在30%Cu+70%CuO变化最剧烈，电导率为0.21S/m。

　　3混合粉末材料加载对隔离滤波器性能的影响

　　为探索混合粉末样品对隔离滤波器性能的影响，将压制的厚度为1mm的混合材料切割成与平面铁氧体一致大小的薄片。将该片放置于滤波器上铁氧体材料的顶层，铁氧体材料底下的平行微带线通过SSMA接头连接到矢量网络分析仪，系统的偏置磁场通过电磁铁PEM-30提供，并由高斯计测量偏置磁场大小。整个测量系统如图4所示。

　　4结论

　　本文探索了不同比例的Cu+CuO混合粉末样品的电导率及其对微波磁场的吸收特性，发现混合粉末材料的电导率随金属粉末比例减小而减小，在30%Cu+70%CuO比例附近电导率的变化最剧烈，且该混合粉末材料对微波磁场有明显的吸收特性。在此基础上，将该混合粉末样品加载于基于平面铁氧体材料的隔离滤波器，在不影响滤波器插入损耗的条件下，可以将隔离度提高至21.56dB。这项实验研究在未来的射频集成电路领域有望得到良好的应用。同时，将开展混合粉末的有限单元法建模仿真研究，进一步探究混合粉末样品的微波损耗机理及应用。

　　参考文献：

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　　[2]邹建宏.短波通信的现状及发展趋势[J].信息与电脑(理论版),2015(11):88-90.(ZOUJianhong.Currentstatusanddevelopmenttrendofshort-wavecommunication[J].InformationandComputer(TheoreticalEdition),2015(11):88-90.)

　　[3]GOMEZ-GARCIAR,GUYETTEAC.Reconfigurablemulti-bandmicrowavefilters[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2015,63(4):1294-1307.

　　蔡丹黎1，彭川1，戚思遥1，刘尧1，赵朝霞1，赖超1，张益*1，朱明敏2,3，黄卡玛1

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