新型SCRLH零阶谐振器及其在小型化微带带通滤波器设计中的应用

(2)

(3)

因此可计算出k = 0.08，Qe = 13.70。

图4 带通滤波器网络模型

图5 谐振器级间IDCC结构

为了满足求出的级间耦合强度，谐振器间采用IDCC结构进行耦合，如图5所示。可调的参数为IDC指长l，缝隙宽度g以及相邻低阻线之间的长度L4。IDC可等效为皆为电容元件构成的П型等效电路，寄生的并联电容效应可以通过减去一段ZOR的传输线段来消除，从而使得L4-(l+g)小于L0。耦合系数与谐振频率间的关系为：

(4)

其中fa和fb是两个IDCC谐振器在输入输出端分别采用缝隙耦合至外部端口时的传输响应峰值对应的频率，正如图5所示。IDCC结构的优化后的参数为：l = 0.85 mm, g = 0.25 mm 及 L4 = 5.87 mm。

由于构成ZOR的传输线段的长度是固定的，为了实现所需的Qe值，滤波器的两端采用ADPLS作为端耦合结构，这样能够增强端耦合强度，ADPLS结构如图6所示。通过调整双指平行耦合线结构及地板开窗。

图6 ADPLS终端耦合结构

图7 滤波器实物图

结构的尺寸可实现所需的Qe值。按照图6所示的结构在HFSS中建立单端口模型并求解S11，求解出频率f+ 和f-，在f+和f-处S11的相移与f0处S11相移之差分别为+90º 和-90 º，于是Qe为：

(5)

其中

。经过全波优化可得ADPLS的尺寸为：s = 0.25 mm, W4 = 3.5 mm, W5 = 4.4 mm and L5 = 4.0 mm。

综合IDCC结构以及ADPLS的优化参数并采用LPKF S62型雕刻机制作出的滤波器实物如图7所示。随后采用了Agilent N5230A型矢量网络分析仪对滤波器进行了测量，仿真和测量的传输频率响应如图8所示。带内回波损耗的测量值优于15dB，而带内插损在2.8dB左右。中心频率为3.1GHz的3dB带宽约为8%，排除馈线长度，滤波器的总长度为27.0 mm。然而在3.1GHz采用相同介质板的半波长微带谐振器的长度在30.0mm以上，这意味着传统半波长谐振带通滤波器的尺寸将大于90.0mm。因此与传统带通滤波器相比，采用ZOR的新型带通滤波器尺寸缩减了70%以上。

4、结束语

本文提出了一种新型SCRLH ZOR结构，随后采用SCRLH ZOR作为并联谐振器并结合经典的带通滤波器设计理论以及耦合系数方法综合出了三阶Chebyshev带通滤波器。与传统半波长带通滤波器相比，新型滤波器的尺寸获得了极大的衰减，同时能够保持良好的传输特性。

图8 滤波器传输特性的仿真和测量结果