复合左右手传输线的带通滤波器小型化设计

理想左手传输线由串联电容和并联电感组成，因此，图3所示的谐振单元可以来模仿这种电路的构成形式:微带线与该结构单元之间的缝隙等效为串联电容，该结构单元的中心短截线通过过孔接地等效为并联电感。基板参数与耦合微带线滤波器相同。由于加工精度的限制,该单元馈线设置为近似50 Ω,宽度Ws=2.8 mm，长度Fs=5.4 mm，过孔直径为0.3 mm，圆形覆铜焊盘直径0.7 mm。该单元两边臂长C=3.2 mm，单元与馈线缝隙为0.2 mm。当B1=3.6 mm, B2=3.4 mm时，该谐振单元谐振于9 GHz，对该单元结构进行矩量法仿真，并对端口进行去嵌套处理，取去嵌套距离为Fs，即去嵌套边界刚好取到缝隙电容边缘。其传输特性如图4所示。通过调节中心短截线电感的长度或者馈线与单元间缝隙宽度可以大范围调谐该结构单元的谐振中心频率。例如，随着中心短截线长度的减小，该谐振单元的谢振频率升高，如图5所示。

为了展宽工作带带宽，克服单个单元带宽窄的缺点，将两个图3所示的单元级联。单元级联会使缝隙电容增大，中心短截线的电感减小，为了使带通滤波器工作在 9.2 GHz~9.5 GHz, 应在级联状态下对单个单元的臂长进行调谐，并调节两个单元的间距，使其耦合程度达到最佳，表现出良好的通带特性。最终，B1=3.6 mm，B2=3.4 mm，C=3.2 mm，G=0.2 mm，其他尺寸不变。两个单元间距D=0.8 mm。加上馈线与单元缝隙电容的距离,该结构两单元级联尺寸为14 mm×8.2 mm(计入馈线长度)。同样进行去嵌套处理，距离两馈线端口距离Fs，即去嵌套边界取到缝隙电容边缘。其ADS矩量法和HFSS三维有限元仿真结果如图6 所示。

从传输特性曲线可知,在通带内，插入损耗<1.5 dB，通带波纹<0.5 dB。阻带衰减有一定的恶化，但是在可以接受的范围内。通过MAO S G提出的基于S参数的电磁参数提取方法，得到该结构的折射率n，然后根据等式β=jω·Re(n)得到该结构的色散曲线关系，如图7所示，该结构在工作频率9.2 GHz~9.5 GHz附近β近似于0，使得该器件的尺寸几乎不受1/2工作波长的影响，尺寸得以大大减小。

3 测量结果

与传统耦合微带线滤波器相比，该结构实际占用尺寸缩小了80%。两种滤波器的传输特性测量结果如图8和图9所示。耦合微带线滤波器测量结果与仿真结果相差较大，这是由于加工精度的原因，不能精确实现优化结果。复合左右手传输线的测量结果与仿真比较，性能指标基本实现。带内波纹增大，但仍然小于0.6 dB。插入损耗增大，但小于2.7 dB，这是由于基板损耗和厚度变化造成的。

本文提出了一种工作于9 GHz频段的基于复合左右手传输线理论的零阶谐振器单元。该小型化滤波器与基于耦合微带线形式的传统滤波器相比，尺寸缩小了80%，同时保持了相对低的插入损耗和良好的截止特性。