基于DGS對稱開口諧振環的低通濾波器設計

　　2.2 低通濾波器設計

　　一般來說，DGS的頻率特性主要取決于其結構尺寸，因此可以通過改變其結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，兩個傳輸零點產生的較寬的阻帶帶寬使得其在濾波器設計時無需增加多余的并聯微帶枝節。

　　通過上面對SSRR單元的頻率響應特性的分析可知，其帶內平坦、帶外下降陡峭的特性適用于濾波器設計，采用多單元級聯結構，由相鄰單元之間的相互耦合抑制高階諧波，實現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單元級聯的頻率響應特性。對于兩個單元級聯l = 13.5 mm，s = 10.2 mm;三單元級聯是l = 15 mm，s = 7.7 mm。不難看出，在不采用額外并聯枝節的情況下，隨著單元數目的增加，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的范圍內帶外抑制低于-32 dB。同時，隨著級聯單元數目的增加，通帶內的插損也有所增加。由以上分析可知，對于低通濾波器的優化設計設計，既要提高帶外諧波的抑制能力，又要減少通帶內的插損，因此必須考慮使用級聯的SSRR的單元數，同時調諧單元的結構尺寸。

　　圖5 兩個SSRR單元的級聯結構

　　圖6 不同數量級聯SSRR單元的頻率響應特性

　　3 實驗結果與分析

　　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上進行實物加工和實驗測試。圖7給出了三種不同單元數的低通濾波器。采用Taconic TLC的介質板，介電常數為3.48，介質板厚度為0.787mm。

　　利用Agilent 矢量網絡分析儀N5230分別對SSRR低通濾波器進行測試。圖8和9分別給出了單個SSRR和三個SSRR單元及聯的低通濾波器的電測仿真結果與實測結果的比較?？梢缘贸觯瑢崪y結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范圍內帶外抑制約為-31 dB，帶內差損為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果比較

　　圖9 三SSRR單元的電通濾波器的電磁仿真與實測結果比較

　　4 結論

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