使用复合右宽带通滤波器的设计/左手传输线结构

抽象

基于改进复合右/左手传输线A宽频带微带带通滤波器（BPF）（CRLH-TL）结构示于本文。相对于传统的CRLH-TL与通孔中，改进的一个是全平面结构，该公司拥有制造和损失的优点。所提出的结构的等效无损LC电路模型。EM software Sonnet is adopted to design the wide-band filter with bandwidth of 1.4 GHz (from 1.9 GHz to 3.3 GHz). The circuit occupies only 20.6 × 12.8 mm²。最后，制造和测量来实现。仿真和实测结果验证吻合良好的设计方法的有效性。

1.简介

近年来，左手材料（左手材料）已收到大量关注在科学和工程领域针对其特定的电磁（EM）性能（同时负介电常数和磁导率)[1]。科学杂志将LHMs列为2003年十大科学突破之一[2]。细铜线和铜开口谐振环（SRR的）组成的第一人造LHM通过史密斯组在加州大学[实现3.]。然而，这种结构的总是难以实现用于微波应用，因为谐振单元，例如是的SRR有损和窄带化[4]。一些研究人员很快意识到，传输线路（TLS）朝左手材料的方法是可能的[5,6]。在实际实施中，LHMs被认为是复合右/左手(CRLH) tl的更一般的模型，其中也包括LH tl中自然出现的右撇子(RH)效应。利用CRLH结构，许多新型微波器件被设计成具有低损耗和宽带特性，如分频器、移相器、耦合器、漏波天线等[7]。

新的超宽带雷达和高速率通信系统需要非常专业化的能够在宽的频率范围中操作的RF器件[8]。因此，作为射频系统关键部件的高效宽带带通滤波器(BPF)也不例外。设计宽频带滤波器的常用方法是采用多模谐振器[9,10或信号干扰概念[11,12]。然而，前述的电路尺寸是相当大的。最近，CRLH TL单元电池应用于设计紧凑的宽带滤波器[13,14]。然而，通孔或双层结构是不可缺少的，其复合物的制造工艺。在我们以前的工作，全平面CRLH谐振器，提出并在高温超导薄膜制造[15]，它获得高性能滤波响应具有超低的插入损耗，但带宽小。

在本文中，一种改进的CRLH TL建议设计的宽带BPF。贴片电容替换经由在这个新的结构单元，这降低了制造难度和电路损耗连接到并联电感孔的传统。该过滤器是模拟和由EM软件的Sonnet优化，得到的电路尺寸是  ×  (is the guided wavelength of the 50 Ω line at the center frequency). To observe the LH property, the dispersion diagram is given and researched in the paper. Simulation and measurement conducted validate the proposed design principle.

2.理论分析

在理想条件下，用图描述了纯RH TL和纯LH TL的等效电路1(一)和1 (b),分别。从图中可以看出1(一)该纯RH TL包括串联电感和并联电容，它提供了一个低通滤波响应。相反RH TL，纯LH TL是由串联电容的和并联电感表示高通响应，如图所示1 (b)。这两种响应的截止频率可以表示为 在下标和分别表示RH和LH。

在现实中，一纯LH结构是因为不可避免RH寄生参数的不可能的。因此，CRLH结构表示具有属性的结构的最普遍的形式。数字1 (c)示出CRLH TL的一般模型，它由电感与电容串联和并联电容与电感并联。因此,当时，可在平衡情况下构造带通特性。通带的中心频率可以计算 由于通带是由LH部分和RH部分组成的，因此可以扩大带宽，并始终提供宽带响应。当然，其他EM属性也可以在何时实现。

3.滤波器的实现

基于以上的讨论中，一个宽带BPF可以设计成具有CRLH结构，和更宽的带宽可以与较大来实现,小,。因此，改善了CRLH结构的对称电路模型提出，并且在图中所示2。可以看出，有两个分流罐使得大将会给予。此外，应该注意的是，附加电容器被添加到的分支，直接避免了接地操作，实现了全平面结构。

数字3.示出了图电路模型的对应的微带结构2。可以观察到，该结构主要由三个部分组成，即，叉指结构，弯曲线，和矩形贴片起来。在这项工作中，该系列罐实现与微带叉指式电容器，以及分流箱由曲折线电感器和矩形贴片电容器实现。叉指电容器具有串联电容器的一个相对较大的值，另外两个曲折线提供大的并联电感，这确保宽带BPF条件。其它参数仔细选择，以满足平衡CRLH要求，这可避免出现在宽通带范围中的带隙。

EM仿真软件的Sonnet被施加到模拟所设计的滤波器，并优化它的大小的参数。该Taconic公司使用相对介电常数为3.5、厚度为0.76 mm的-RF-35A2基板。本文将设计一个通频带为1.9 GHz - 3.3 GHz(总带宽为1.3 GHz)的宽带BPF。根据所述的参数提取和转换方法[16,17]，可以得到滤波器大小，最后通过的Sonnet优化如下：,,,,,,,和(单位:毫米)。

4.结果与讨论

为了演示，制作了设计良好的宽带滤波器Taconic公司-RF-35A2衬底。由于没有了通孔，用普通工艺处理电路很容易。数字4描绘所制造的过滤器的照片。抽头耦合结构来设计输入/输出结构和楔形形状被引入用于阻抗匹配。所制造的过滤器是由CETC AV3629的网络分析仪测量。

模拟和测量之间的比较在图呈现5，其中红色实线和蓝色虚线表示的仿真和测量的结果，分别。A wide-band bandpass response with the passband ranges from 1.91 to 3.32 GHz is obtained and the corresponding 3 dB bandwidth is about 51.9%. The maximum measured insertion loss is approximately 1.38 dB and the return loss in passband is better than 17 dB. Two transmission zeros located at lower and upper side of passband enhance the filter selectivity. A good agreement obtained between the measured and simulated results indicates the validity of the design principle. Some discrepancy between the measured and simulated data can be attributed to the inevitable inaccuracy in fabrication and larger dielectric loss at high frequency.

此外，复传播常数将要讨论的解释提出的CRLH设备的行为。根据电路网络分析，可以表示为 在哪里和分别为衰减因子和传播常数。为改进CRLH滤波器的总长度。参数是ABCD矩阵的矩阵元素，它可以从获得 因此，可以从仿真或测量可以容易地计算参数。

数字6节目与CRLH TL结构的设计宽带滤波器。一般来说，越大的衰减因子时，电磁波衰减得越大。如果衰减因子，通带会因为呈现是虚。否则，阻带发生在特定频率范围内。So, a passband occurs within the frequency ranges from 1.9 to 3.3 GHz. On the other hand, it can be found that the product of group velocity and phase velocity(,)在频率范围从1.91到2.12 GHz，并显示LH性能。同理可得in the frequency range from 2.12 to 3.32 GHz and indicates the RH performance.

5.结论

在本文中，一个宽带BPF设计有改进的CRLH TL。附加贴片电容加到通孔，这降低了制造难度和电路损耗，以除去传统。该过滤器是模拟，并通过EM软件十四行诗优化。仿真和测量值之间良好的一致性验证了所提出的设计原则的有效性。观察LH属性，将分散图中给出并在纸张说明。

利益争夺

作者声明，本文的发表不存在任何竞争利益。

致谢

这项工作是由中国国家自然科学基金资助61461020和国际合作基金和科学根据（NOS 20133BDH80007，20141BDH80002）和东中国交通大学江西省（无。20142BCB24004）和研究科技创新团队基金（不支持任何。15XX03）。

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