基于DGS对称开口谐振环的低通滤波器设计

　　2.2 低通滤波器设计

　　一般来说，DGS的频率特性主要取决于其结构尺寸，因此可以通过改变其结果尺寸的大小和形状间接有效地改变其频率特性。如图4所示，缝隙g的宽度变化对SSRR的谐振特性有较大影响，g变化时，其等效电容C2也随之变化，当g逐渐增大时，C2逐渐减小，谐振频率f2向更高的频率移动。缝隙g的引入，极大的改变了SSRR的谐振特性，两个传输零点产生的较宽的阻带带宽使得其在滤波器设计时无需增加多余的并联微带枝节。

　　通过上面对SSRR单元的频率响应特性的分析可知，其带内平坦、带外下降陡峭的特性适用于滤波器设计，采用多单元级联结构，由相邻单元之间的相互耦合抑制高阶谐波，实现性能良好的低通滤波器，如图5所示。

　　图4 缝隙g对SSRR的频率特性的影响

　　级联SSRR单元的具体尺寸均为：R1= 4.8 mm，R2 = 3.3 mm，r = 1 mm，g = 0.5 mm，d = 0.5 mm。图6分别给出了1个，两个和三个SSRR单元级联的频率响应特性。对于两个单元级联l = 13.5 mm，s = 10.2 mm;三单元级联是l = 15 mm，s = 7.7 mm。不难看出，在不采用额外并联枝节的情况下，随着单元数目的增加，滤波器的下降特性变的更加陡峭，同时带外衰减也得到改善，三单元级联低通滤波器的截至频率为4.75 GHz，带外抑制从4.9 GHz 到10 GHz的范围内带外抑制低于-32 dB。同时，随着级联单元数目的增加，通带内的插损也有所增加。由以上分析可知，对于低通滤波器的优化设计设计，既要提高带外谐波的抑制能力，又要减少通带内的插损，因此必须考虑使用级联的SSRR的单元数，同时调谐单元的结构尺寸。

　　图5 两个SSRR单元的级联结构

　　图6 不同数量级联SSRR单元的频率响应特性

　　3 实验结果与分析

　　为了验证上述低通滤波器的理论分析，本文在模型仿真的基础上进行实物加工和实验测试。图7给出了三种不同单元数的低通滤波器。采用Taconic TLC的介质板，介电常数为3.48，介质板厚度为0.787mm。

　　利用Agilent 矢量网络分析仪N5230分别对SSRR低通滤波器进行测试。图8和9分别给出了单个SSRR和三个SSRR单元及联的低通滤波器的电测仿真结果与实测结果的比较。可以得出，实测结果模型仿真分析非常吻合，三单元的低通滤波器的实测截止频率为4.89 GHz，带外在5.0 2 GHz 到10 GHz范围内带外抑制约为-31 dB，带内差损为0.695dB。

　　(a)滤波器正面视图

　　(b)滤波器背面视图

　　图7 三种不同SSRR单元的滤波器，

　　图8 一个SSRR单元的电磁仿真与实测结果比较

　　图9 三SSRR单元的电通滤波器的电磁仿真与实测结果比较

　　4 结论

　　本文在分析比较传统DGS谐振结果的基础上，提出了一种新颖的SSRR DGS谐振结构，与传统的DGS相比，SSRR具有双传输零点、阻带带宽较宽、带内差损较低、带外下降陡峭等特性。同时分析了其频率响应特性与单元尺寸之间的关系，已经不同单元之间的互耦特性，通过多单元的及联，改善了低通滤波器的带外特性。实测结果与理论分析非常吻合。