1。介绍
近年来,左手材料(综述)得到了大量的关注在科学和工程社区为他们的特定的电磁(EM)属性(同时负介电常数
ε
和磁导率
μ
)[
1 ]。
科学 杂志命名为负的2003年十大科学突破(
2 ]。第一个人工综述细铜线和铜组成的开口环谐振器由史密斯集团(从)意识到加州大学(
3 ]。然而,这种结构总是难以实现等微波应用程序因为谐振单元从损耗和窄带(
4 ]。一些研究人员很快意识到,输电线路(TLs)方法对负是可能的(
5 ,
6 ]。在实际实现中,综述了被认为是一个更一般的模型复合左/右(CRLH) TLs,包括右撇子(RH)的影响,出现在天然的LH TLs。CRLH结构,许多新型的微波设备是专为低损耗和宽带特性,如分频器、移相器、耦合器、漏波天线(
7 ]。
gydF4y2Ba新的ultra-wide-band雷达和高效的通信系统需要非常专业的射频设备能够在宽的频率范围(
8 ]。因此,作为关键元素在射频系统中,高效宽带带通滤波器(带通滤波器)在此背景下也不例外。宽带滤波器设计的流行方式是采用multiple-mode谐振器(
9 ,
10 )或信号干扰概念(
11 ,
12 ]。然而,上述的电路规模比较大。最近,CRLH TL单位细胞应用于设计紧凑的宽带滤波器(
13 ,
14 ]。然而,通过孔或双层结构是必不可少的,配合物的制造过程。在我们之前的作品中,一个all-planar CRLH谐振器和制造提出了高温超导薄膜(
15 ),获得高性能过滤反应极低的插入损耗,但是带宽很小。
gydF4y2Ba本文提出一种改进的CRLH TL宽带带通滤波器的设计。贴片电容取代传统通路孔连接并联电感在这个新的结构细胞,这减少了制造难度和电路损失。过滤器是由电磁模拟和优化软件十四行诗和获得的电路规模
0.3
λ
g
×
0.18
λ
g
(
λ
g
是引导50Ω线在中心频率的波长)。观察LH财产,色散关系图,研究。模拟和测量进行验证提出了设计原则。
年代ec>
2。理论分析
在理想条件下,纯RH TL的等效电路和纯韩TL描述了数据
1(一) 和
1 (b) ,分别。从图可以看出
1(一) 纯RH TL包括串联电感
l
R
和并联电容
C
R
,它提供了一个低通滤波响应。对RH TL,纯韩TL系列电容组成
C
l
和并联电感
l
l
并表示高通响应,如图
1 (b) 。这两个反应的截止频率可以表示为
(1)
ω
c
R
=
1
l
R
C
R
,
ω
c
l
=
1
l
l
C
l
,
在下标
R
和
l
分别代表RH和LH。
图1
等效电路:(一)纯RH TL,纯韩TL (b)和(c) CRLH TL。
(一)
(b)
(c)
在现实中,一个纯粹的LH的结构是不可能的,因为不可避免的RH寄生参数。因此,CRLH结构代表了最一般的形式结构与属性。图
1 (c) 显示了CRLH TL的一般模型,它由电感
l
R
与电容串联
C
l
和并联电容
C
R
与电感
l
l
。因此,当
w
c
l
<
w
c
R
下,一个可以构造带通特性平衡情况。通带的中心频率
w
0
可以通过计算
(2)
ω
0
=
ω
c
R
ω
c
l
=
1
l
R
C
R
l
l
C
l
4
。
因为通带是由两个部分,即,LH RH部分,一部分带宽可以扩大和宽带响应总是提供。当然,其他新兴市场属性也可以取得
w
c
l
≥
w
c
R
。
年代ec>
3所示。滤波器的实现
基于上面的讨论中,一个宽带带通滤波器可以设计CRLH结构,和更广泛的带宽可以实现更大
l
l
,
C
l
和小
l
R
,
C
R
。因此,提出改善CRLH结构的对称电路模型,见图
2 。可以看出,有两个并联的坦克,这样更大
l
l
将提供。此外,需要注意的是,一个额外的电容器
C
R
1
添加到分公司
l
l
,避免了直接接地操作和实现all-planar结构。
图2
对称CRLH改善结构的等效电路。
图
3 显示相应的微带电路的结构模型图
2 。它可以观察到的结构主要是由三个部分组成,即指状组合型结构,蜿蜒线、矩形块补丁。在这部作品中,系列坦克用微带interdigital电容来实现,和分流槽由曲流实现线电感和矩形贴片电容。interdigital电容器串联电容器的一个更大的值
C
l
,而两条蜿蜒线提供一个大型并联电感
l
l
确保宽带带通滤波器的条件
w
c
l
<
w
c
R
。其他参数都经过精心挑选,以满足平衡CRLH要求,可通频带范围宽的能带。
图3
微带实现的改进CRLH结构。
EM模拟软件十四行诗是应用于模拟滤波器设计和优化它的尺寸参数。的
泰康利 -RF-35A2衬底相对介电常数为3.5和0.76毫米的厚度。摘要宽带带通滤波器与通频带范围从1.9 GHz 3.3 GHz(总3 dB带宽1.4 GHz)将设计。根据描述的参数提取和转换方法(
16 ,
17 ),过滤器的大小可以由十四行诗最后获得优化如下:
w
0
=
g
0
=
0.2
,
年代
1
=
2.6
,
年代
2
=
2.8
,
年代
3
=
3
,
h
1
=
0.5
,
h
2
=
3所示。5
,
l
1
=
3所示。8
,
l
2
=
4.7
,
l
3
=
3所示。5
(单位:毫米)。
年代ec>
4所示。结果与讨论
出于演示目的,精心设计的宽带滤波器是在制作的
泰康利 -RF-35A2衬底。没有通过的洞,很容易处理电路与普通技术。图
4 描述了制造过滤器的照片。利用耦合结构用于设计输入/输出阻抗匹配的结构,介绍了楔形。制作过滤器由CETC AV3629网络分析仪的测量。
图4
该滤波器的照片。
比较模拟和测量呈现在图
5 ,红色实线和蓝色虚线显示模拟和测量结果,分别。宽带带通响应与通频带范围从1.91到3.32 GHz和相应的获得3 dB带宽约为51.9%。最大测量插入损耗大约是1.38 dB和回波损耗在通频带比17 dB。两个传输零点位于上下通频带提高滤波器的选择性。好协议获得的测量和模拟结果表明设计原则的有效性。一些测量和模拟数据之间的差异可以归因于制造的不可避免的错误,在高频介电损耗较大。
图5
宽带滤波器的测量和模拟响应。
此外,复杂的传播常数
γ
将讨论的解释行为提出CRLH设备。根据电路网络分析,
γ
(
w
)
可以表示为
(3)
γ
ω
=
α
ω
+
j
β
ω
=
因为
- - - - - -
1
一个
p
,
在哪里
α
(
w
)
和
β
(
w
)
分别代表了衰减因子和传播常数。
p
的总长度是提高CRLH过滤器。参数
一个
是一个矩阵的元素ABCD-matrix和它可以获得
(4)
一个
=
1
- - - - - -
年代
11
年代
22
+
年代
12
年代
21
2
年代
21
。
因此,
γ
(
w
)
可以很容易地从模拟计算或测量
年代
参数。
gydF4y2Ba图
6 显示
γ
(
w
)
CRLH TL的设计宽带滤波器结构。一般来说,更大的衰减因子
α
电磁波衰减就越大。如果衰减因子
α
=
0
通频带将自
γ
(
w
)
=
j
β
(
w
)
是一个虚构的。否则,在某些频率范围内发生阻带。所以,发生通频带内的频率范围从1.9到3.3 GHz。另一方面,它可以发现,群速度和相速度的乘积
v
g
v
p
<
0
(
v
g
=
∂
ω
/
∂
β
,
v
p
=
ω
/
β
)的频率范围从1.91到2.12 GHz和显示了LH的性能。同样,它可以获得
v
g
v
p
>
0
在频率范围从2.12到3.32 GHz和表明RH的性能。
图6
设计滤波器的色散特性图,CRLH结构有所改善。
5。结论
摘要宽带带通滤波器的设计与改进CRLH TL。额外的贴片电容添加删除传统通路孔,这减少了制造难度和电路损失。过滤器由EM软件模拟和优化的十四行诗。好协议仿真和测量验证的有效性提出了设计原则。观察LH财产,色散图给出解释。
年代ec>
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
年代ec>
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金支持下拨款61461020,国际合作基金和科学(20133 bdh80007号,20141 bdh80002)和江西省技术创新团队(没有。20142 bcb24004)和华东交通大学研究基金(没有。15 xx03)。
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