如何使用零阶谐振器设计小型化带通滤波器

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标签:谐振器(139)耦合(315)滤波器(3480)

  1968年,Veselago提出了左手媒质(left-handed material - LHM)的概念, 2000年Smith等人通过周期性的排布开缝环谐振器 (split-ring resonators - SRRs)和金属线(wires)首次实现了人工的LHM ,但是这种LHM结构在微波频段具有较大的损耗以及较窄的工作带宽。为了克服这些缺点,2002年V George等人提出了传输线型的LHM 。目前传输线型的左手媒质可以分为两类即:谐振型和非谐振型。谐振型LHM一般是通过在主传输线上周期性的加载SRR,或者对偶开缝环谐振器(complementary split ring resonator - CSRR )来合成,而非谐振型的LHM则是通过在主传输线上周期性的加载串联电容和并联电感构成 [6]。由于在频率较高时,主传输线的寄生效应将起主导作用,因此传输线型左手媒质都具有混合左右手(composite right/left- handed - CRLH)的特性。以上这些创新的概念及结构拓展了传统的设计思路,许多新型的微波器件如谐振器、定向耦合器、移相器、功分器和天线等都被相继提出。尤其是基于LHM的滤波器引起了研究者的广泛关注。由于LHM组元元件的亚波长特性,基于LHM的滤波器通常具有尺寸小的优点,这恰能满足现代无线通信系统整机小型化的需求 。

  本文中提出了一种新型的简化混合左右手(simplified composite right/left-handed - SCRLH)零阶谐振器(zeroth-order resonators - ZORs),并将其应用于小型化微带带通滤波器的设计之中。起初ZOR是标准的混合左右手(composite right/lefthanded - CRLH)结构 。由于传统集总元件通常具有高频色散效应且可供选择的元件值也是有限的,而准集总元件如交指电容的设计相对复杂且具有较大的电尺寸。考虑到这些不利因素,作者提出了SCRLH ZOR结构。本文首先给出了SCRLH ZOR的物理结构及其相应的集总等效电路模型。其次基于Bloch理论提取了谐振器的色散和Bloch阻抗特性,从而可清晰的观察到零阶谐振现象。随后采用经典的带通滤波器综合理论以及耦合系数方法设计了三阶Chebyshev微带带通滤波器。为了满足耦合强度的要求,谐振器级间采用交指电容耦合(interdigital capacitor coupling - IDCC)结构而终端采用背槽双指平行耦合线结构 (aperture-backed dual-finger parallel-coupled line structure - ADPLS)。最终根据Ansoft HFSS的仿真及优化结果制作了滤波器实物,并将实测同仿真结果进行了比较。

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