基于復(fù)合左右手傳輸線的帶通濾波器小型化設(shè)計(jì)

為了展寬工作帶帶寬，克服單個(gè)單元帶寬窄的缺點(diǎn)，將兩個(gè)圖3所示的單元級(jí)聯(lián)。單元級(jí)聯(lián)會(huì)使縫隙電容增大，中心短截線的電感減小，為了使帶通濾波器工作在9.2 GHz~9.5 GHz, 應(yīng)在級(jí)聯(lián)狀態(tài)下對(duì)單個(gè)單元的臂長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧，并調(diào)節(jié)兩個(gè)單元的間距，使其耦合程度達(dá)到最佳，表現(xiàn)出良好的通帶特性。最終，B1=3.6 mm，B2=3.4 mm，C=3.2 mm，G=0.2 mm，其他尺寸不變。兩個(gè)單元間距D=0.8 mm。加上饋線與單元縫隙電容的距離,該結(jié)構(gòu)兩單元級(jí)聯(lián)尺寸為14 mm×8.2 mm(計(jì)入饋線長(zhǎng)度)。同樣進(jìn)行去嵌套處理，距離兩饋線端口距離Fs，即去嵌套邊界取到縫隙電容邊緣。其ADS矩量法和HFSS三維有限元仿真結(jié)果如圖6所示。

從傳輸特性曲線可知,在通帶內(nèi)，插入損耗1.5 dB，通帶波紋0.5 dB。阻帶衰減有一定的惡化，但是在可以接受的范圍內(nèi)。通過MAO S G提出的基于S參數(shù)的電磁參數(shù)提取方法，得到該結(jié)構(gòu)的折射率n，然后根據(jù)等式β=jω·Re(n)得到該結(jié)構(gòu)的色散曲線關(guān)系，如圖7所示，該結(jié)構(gòu)在工作頻率9.2 GHz~9.5 GHz附近β近似于0，使得該器件的尺寸幾乎不受1/2工作波長(zhǎng)的影響，尺寸得以大大減小。

3 測(cè)量結(jié)果
　 與傳統(tǒng)耦合微帶線濾波器相比，該結(jié)構(gòu)實(shí)際占用尺寸縮小了80%。兩種濾波器的傳輸特性測(cè)量結(jié)果如圖8和圖9所示。耦合微帶線濾波器測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果相差較大，這是由于加工精度的原因，不能精確實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果。復(fù)合左右手傳輸線的測(cè)量結(jié)果與仿真比較，性能指標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)。帶內(nèi)波紋增大，但仍然小于0.6 dB。插入損耗增大，但小于2.7 dB，這是由于基板損耗和厚度變化造成的。
本文提出了一種工作于9 GHz頻段的基于復(fù)合左右手傳輸線理論的零階諧振器單元。該小型化濾波器與基于耦合微帶線形式的傳統(tǒng)濾波器相比，尺寸縮小了80%，同時(shí)保持了相對(duì)低的插入損耗和良好的截止特性。
參考文獻(xiàn)
[1] VESELAGO V G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ[J]. Sov Phys Usp,1968,10(4):509-514.
[2] PENDRY J B, HOLDEN A J, STEWART W J, et al. Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures[J]. Phys. Rev. Lett. 1996,76:4773.
[3] PENDRY J B, HOLDEN A J, ROBBINS D J,et al. Magnetism from conductors, and enhanced non-linear phenomena[J]. IEEE Trans. Microw. Theor. Techn,1999,47(11):2075-2084.
[4] SHELBY R A, SMITH D R, SCHULTZ S. Experimental verification of a negative index of refraction[J]. SCIENCE, 2001,292(77):77-79.
[5] CALOZ C,ITOH T. Application of the transmission line theory of left-handed (LH) materials to the realization of a microstrip LH line[J].in Proceedings of IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Indianapolis, USA, June 2002:412-415.
[6] KAHNG S, JU J. Design of the UWB bandpass filter based on the 1 cell of microstrip CRLH-TL [J]. in IEEE ICMMT 2008 Proc, 2008,1(44):69-72.
[7] LI Jiu Sheng, DU Tie Ying, LI Jian Rui. Application of CRLH transmission lines in microstrip filter [J]. IEEE International Symposium on In Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, 2007:378-381.
[8] LEE J Y, KIM D J, LEE J H. High order bandpass filter using the first negative resonant mode of composite right/left-handed transmission line[J]. Microwave and Optical Technology Letters, 2009,51(5):1182-1185.
[9] LI C, LI F. Microstrip bandpass filters based on zerothorder resonators with complementary split ring resonators, IET Microw[J]. Antennas Propag, 2009, 3(2):276-280.