多节CSRR结构的带阻滤波器设计

射频工程师应该都知道，CSRR指的是互补开口谐振环，此结构的滤波器一般性能都比较高，使用多节 CSRR 结构产生多个传输零点，通过改变该结构的物理尺寸参数来调节传输零点频率和阻带带宽，从而设计出传输零点可控、阻带带宽可控、小型化且易于制作的带阻滤波器，今天我们就带大家详细来看看多节 CSRR 结构的带阻滤波器是怎么设计出来的。

加载 1 个 CSRR 单元的开合路微带线结构，即 1 节 CSRR，可以独立地产生 1 个传输零点，且传输零点频率受该结构的物理尺寸参数的影响。每个 CSRR 单元由一对相互对称的 CSRR 组成。如果将多个物理尺寸参数不同的 CSRR 单元刻蚀于介质基板的金属接地面上，且开合路微带线结构从每个CSRR 的中心区域对其进行激励，那么每个 CSRR 单元均可独立地产生一个传输零点。

该电路结构图中的各项物理尺寸参数如表 所示:

基于 2 节 CSRR 的带阻滤波器的等效电路模型:

基于 2 节 CSRR 的带阻滤波器的电路仿真和电磁仿真结果

使用 HFSS 进行仿真，得到了该电路在 2 个传输零点频率 fz1 = 3.38 GHz 和fz2 = 3.73 GHz 处的电场分布，如图 4.4(a)和 4.4(b)所示。可以明显看出，f

z1 = 3.38 GHz 和 fz2 = 3.73 GHz 这 2 个传输零点分别由 Unit-2 和 Unit-1 产生。由此，可以确认，具有不同物理尺寸参数的 2 节 CSRR 结构可分别产生 2 个传输零点，这验证了所提出的多节 CSRR 结构的阻带特性。

本论文使用的介质基板均为 Rogers RT/5880，介电常数ER = 2.2，损耗角正切tanδ = 0.0009，介质层厚度 h = 0.787 mm，覆铜层厚度 T = 0.0175 mm。本论文使用的矢量网络分析仪的型号为 Anritsu MS46122B。基于 2 节 CSRR 的带阻滤波器实际电路图：(a)底部视图；(b)顶部视图 :

由以上测试结果可以看出，随着 CSRR 节数的增加，传输零点数量增加，阻带的相对带宽也显著增加。通过对测试结果与仿真结果进行对比，可以发现两者之间具有良好的吻合度，测试结果基本满足各项性能指标。综上，本论文提出的基于多节 CSRR 的带阻滤波器的设计方法的正确性和可行性得到了验证。

测试结果与仿真结果之间存在些许误差的主要原因如下：

（1）电磁仿真存在的误差：电磁仿真是在理想情况下进行的，与实际情况会存在差异。

（2）电路制作存在的误差：在绘制掩膜板时，各种格式文件之间的转换会导致电路尺寸的微小偏差；在制作掩膜板时，打印机在实际打印过程中的微小差异也会导致电路尺寸产生偏差；在腐蚀介质基板时，过腐蚀和腐蚀不彻底等情况会导致误差的出现；在焊接连接器时，焊锡的存在会导致测试结果产生误差。

（3）电路测试存在的误差：矢量网络分析仪的校准误差与操作误差会导致测试误差的出现。

未来展望

本文提到的设计的基于多节 CSRR 的带阻滤波器具有小型化、结构简单、易于集成、易于制作、阻带带宽及传输零点可控等优点，基本达到了设计目标。但是该设计仍存在以下不足，亟待未来进一步研究、改进和完善：

（1）就电路尺寸来看，本论文所设计的带阻滤波器的尺寸小，有利于系统集成，但仍可以就如何进一步减小带阻滤波器的尺寸来展开研究。

（2）可以进一步优化电路结构，从而扩大带宽，使带阻滤波器的陡降特性更好，提升带阻滤波器的性能。

（3）可以将低温共烧陶瓷技术、SIW 技术和微机电系统等新技术应用于带阻滤波器的设计当中，从而实现带阻滤波器功能的多元化，进一步提升带阻滤波器的性能。

责任编辑：lq