基于微帶線接及DGS耦合的諧振器及帶通濾波器設(shè)

0 引言

　　隨著微帶線技術(shù)的發(fā)展，各種微帶線諧振器在微帶電路中發(fā)揮著重要作用，傳統(tǒng)的半波長(zhǎng)諧振器由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而被廣泛使用，但其色散曲線是線性的，尺寸會(huì)受到諧振頻率的限制(只能為λ/2)，為此，本文提出了一種基于微帶線和DGS相互耦合的左手傳輸線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的色散曲線是非線性的，其諧振器的尺寸可以達(dá)到λ/ll，比傳統(tǒng)諧振器尺寸有很大減小。

　　1 諧振器設(shè)計(jì)

　　微帶線諧振器的諧振頻率取決于其相位φ(f)。對(duì)于傳統(tǒng)微帶線諧振器，當(dāng)φ(f)=β(f)d=nπ，n=l，2，3……，時(shí)，通常會(huì)發(fā)生諧振，其中β(f)為傳輸線的傳播常數(shù)，d為傳輸線的長(zhǎng)度，此時(shí)，傳統(tǒng)諧振器的色散曲線是線性的，其諧振頻率只能是f0或f0的整數(shù)倍。而左手結(jié)構(gòu)的相位φ(f)=β(f)d=nπ，n=0，±1，±2……，的色散曲線如圖1所示，它是非線性的，其諧振頻率不受諧振器長(zhǎng)度的限制。此外，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中元件的參數(shù)，可以調(diào)節(jié)其諧振頻率，而且fn也可以為任意頻率。

　　若d為一單元諧振器的長(zhǎng)度，N為級(jí)連的單元數(shù)，為串聯(lián)諧振頻率，為并聯(lián)諧振頻率，那么，當(dāng)時(shí)，一般沒有禁帶，即為f0。實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的方法主要有兩類：一類是通過叉指結(jié)構(gòu)結(jié)合過孔的方法，此方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)際制作要求較高;另一類是利用CPW共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該方法制作簡(jiǎn)單，串聯(lián)電容和并聯(lián)電感都易于實(shí)現(xiàn)。但尺寸較大，且難于集成。本文結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)給出了一種新的傳輸線單元結(jié)構(gòu)模型，圖2所示為新傳輸線單元的結(jié)構(gòu)圖。

　　圖2中的灰色為下層地，黑色為上層微帶線，白色為地上刻去的空隙，上下層之間為介質(zhì)。

　　其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：a=5.68 mm，b=4.4 mm，L=1.73 mm.d=4.2 mm，e=1.4 mm。介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr為9.2，厚度h為1 mm，介質(zhì)損耗正切角為0.0008;輸入阻抗Z0為50 Ω。

　　串聯(lián)電容(即MIM電容)由微帶線與CPW中心導(dǎo)帶耦合得到，并可由C=εS/d計(jì)算得出，它較好的替代了常用的、結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的叉指電容，從

　　而使串聯(lián)電容部分不受制造工藝精度的限制，而且很容易得到相對(duì)較大的電容值，從而明顯的縮小單元尺寸。并聯(lián)電感則可由基板下表面CPW中心導(dǎo)帶并通過很細(xì)的短截線連接到接地面，從而形成的短路短截線可直接影響諧振器的中心諧振頻率。此方法與傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法(打孔)相比較，其制作更加簡(jiǎn)單，損耗小，易于實(shí)現(xiàn);并聯(lián)電容可由共面波導(dǎo)與地之間的縫隙電容產(chǎn)生。

　　兩段微帶線之間存在的縫隙電容可根據(jù)數(shù)值求解方法及模型的主要參數(shù)而求得，其值約為0.03 pF，可見其電容值相當(dāng)小。初步分析給出的單元結(jié)構(gòu)等效電路如圖3所示。

　　圖3中，因?yàn)镃g為間隙電容，其準(zhǔn)確數(shù)值與CL相比可以忽略不計(jì)，在電路中起的作用相當(dāng)于隔離電路，主要引導(dǎo)電流流動(dòng)路徑，影響電磁波的傳播，其等效電路圖在一定頻率范圍內(nèi)可進(jìn)一步等效為圖4所示的結(jié)構(gòu)。

　　其傳播常數(shù)可由下式得到：

　　根據(jù)