基于DGS對稱開口諧振環(huán)的低通濾波器設(shè)計

　　2.2 低通濾波器設(shè)計

　　一般來說，DGS的頻率特性主要取決于其結(jié)構(gòu)尺寸，因此可以通過改變其結(jié)果尺寸的大小和形狀間接有效地改變其頻率特性。如圖4所示，縫隙g的寬度變化對SSRR的諧振特性有較大影響，g變化時，其等效電容C2也隨之變化，當(dāng)g逐漸增大時，C2逐漸減小，諧振頻率f2向更高的頻率移動?？p隙g的引入，極大的改變了SSRR的諧振特性，兩個傳輸零點產(chǎn)生的較寬的阻帶帶寬使得其在濾波器設(shè)計時無需增加多余的并聯(lián)微帶枝節(jié)。

　　通過上面對SSRR單元的頻率響應(yīng)特性的分析可知，其帶內(nèi)平坦、帶外下降陡峭的特性適用于濾波器設(shè)計，采用多單元級聯(lián)結(jié)構(gòu)，由相鄰單元之間的相互耦合抑制高階諧波，實現(xiàn)性能良好的低通濾波器，如圖5所示。

　　圖4 縫隙g對SSRR的頻率特性的影響

　　級聯(lián)SSRR單元的具體尺寸均為：R1= 4.8 mm，R2 = 3.3 mm，r = 1 mm，g = 0.5 mm，d = 0.5 mm。圖6分別給出了1個，兩個和三個SSRR單元級聯(lián)的頻率響應(yīng)特性。對于兩個單元級聯(lián)l = 13.5 mm，s = 10.2 mm;三單元級聯(lián)是l = 15 mm，s = 7.7 mm。不難看出，在不采用額外并聯(lián)枝節(jié)的情況下，隨著單元數(shù)目的增加，濾波器的下降特性變的更加陡峭，同時帶外衰減也得到改善，三單元級聯(lián)低通濾波器的截至頻率為4.75 GHz，帶外抑制從4.9 GHz 到10 GHz的范圍內(nèi)帶外抑制低于-32 dB。同時，隨著級聯(lián)單元數(shù)目的增加，通帶內(nèi)的插損也有所增加。由以上分析可知，對于低通濾波器的優(yōu)化設(shè)計設(shè)計，既要提高帶外諧波的抑制能力，又要減少通帶內(nèi)的插損，因此必須考慮使用級聯(lián)的SSRR的單元數(shù)，同時調(diào)諧單元的結(jié)構(gòu)尺寸。

　　圖5 兩個SSRR單元的級聯(lián)結(jié)構(gòu)

　　圖6 不同數(shù)量級聯(lián)SSRR單元的頻率響應(yīng)特性

　　3 實驗結(jié)果與分析

　　為了驗證上述低通濾波器的理論分析，本文在模型仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行實物加工和實驗測試。圖7給出了三種不同單元數(shù)的低通濾波器。采用Taconic TLC的介質(zhì)板，介電常數(shù)為3.48，介質(zhì)板厚度為0.787mm。

　　利用Agilent 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀N5230分別對SSRR低通濾波器進(jìn)行測試。圖8和9分別給出了單個SSRR和三個SSRR單元及聯(lián)的低通濾波器的電測仿真結(jié)果與實測結(jié)果的比較。可以得出，實測結(jié)果模型仿真分析非常吻合，三單元的低通濾波器的實測截止頻率為4.89 GHz，帶外在5.0 2 GHz 到10 GHz范圍內(nèi)帶外抑制約為-31 dB，帶內(nèi)差損為0.695dB。

　　(a)濾波器正面視圖

　　(b)濾波器背面視圖

　　圖7 三種不同SSRR單元的濾波器，

　　圖8 一個SSRR單元的電磁仿真與實測結(jié)果比較

　　圖9 三SSRR單元的電通濾波器的電磁仿真與實測結(jié)果比較

　　4 結(jié)論

　　本文在分析比較傳統(tǒng)DGS諧振結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的SSRR DGS諧振結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的DGS相比，SSRR具有雙傳輸零點、阻帶帶寬較寬、帶內(nèi)差損較低、帶外下降陡峭等特性。同時分析了其頻率響應(yīng)特性與單元尺寸之間的關(guān)系，已經(jīng)不同單元之間的互耦特性，通過多單元的及聯(lián)，改善了低通濾波器的帶外特性。實測結(jié)果與理論分析非常吻合。