采用双等边u形缺陷接地结构的宽阻带六极阶梯式阻抗低通滤波器

卡尔帕纳·拉梅什·查图维迪
电子与通讯工程系工学硕士。，吉安恒加理工学院，贾布拉普尔，印度

摘要

滤波器在微波应用中起着重要的作用。微带滤波器在无线通信或移动通信系统中发挥着多种作用。对新型微波和毫米波系统的需求日益增长，以满足新兴电信在尺寸、成本和性能方面的挑战。介绍了一种具有超宽阻带的微带阶梯式低通滤波器。提出了一种紧凑的双等边变形地基结构单元。与传统哑铃型DGS的单一有限衰减极特性不同，本文提出的DGS单元提供了可由DGS长度独立控制的双有限衰减极。设计了一种采用5级联双u型DGS单元的1.5 ghz微带低通滤波器，并与常规DGS低通滤波器进行了比较。

关键字

低通滤波器，介电常数，微带滤波器，有缺陷地结构(DGS)

介绍

随着微波通信系统的快速发展，低成本、小体积、低插入损耗、高选择性、宽止带的微波低通滤波器近年来受到广泛关注。在实际应用中，已经开发了各种技术，但由于电路尺寸的减小，微带LPFs更占优势。采用极高和极低特性阻抗传输线级联的阶梯式阻抗结构是实现微带LPFs的一种比较流行的方法。有缺陷地结构(DGS)在射频/微波(RF/MW)电路中的应用有许多优点，如电路尺寸重、响应抑制性能好等。传统的DGS元件在地平面上蚀刻哑铃形图案，这种DGS元件在某些频率上表现出带隙特性，这主要是由于有限的衰减极。探讨了衰减极频率与DGS单元物理尺寸的关系。近年来，它在低通滤波器宽阻带实现中的应用得到了关注和论证。事实上，这些具有均匀尺寸的DGS元件以一维(1-D)周期模式级联，以实现更宽的阻带，即使考虑到通带纹波，为了抵消这种纹波问题，提出了非均匀配置，以同时实现更宽的阻带和更小的通带纹波。结果表明，DGS元件用量越多，阻带越宽。

本文对低通滤波器进行了优化，以达到高性能、高效的目的。微带技术用于简单和易于制造。利用三维全波电磁模拟器IE3D进行设计和仿真。

u型DGS单元

尽管过去提出了不同的周期DGS，但这些方法的主要落后之处在于由于级联DGS配置而引入了多余的电路尺寸。为了同时实现微带低通滤波器的宽阻带和尺寸最小化，提出了一种可提供双衰减极的双等边U型DGS单元。通过对这两个衰减极的纸控，可以在缺陷地面积小得多的阻带内明显抑制杂散响应。设计了一个微带低通滤波器原型，其截止频率为1.5GHz，宽止带可达10GHz，并通过实验验证了所提出的DGS的有效性。

本文提出的双等边U型DGS单元如图1所示，其顶部为6极普通微带低通滤波器，接地面对称蚀刻5个等边U型图案。每个U形图案是通过设置这五个不同长度的U形图案(L1,L2其中L1>L2)，由三条相同长度但宽度不同的蚀刻线(W1, W2, W3)组成。较小的一个可以很容易地嵌入到较大的开放端对齐。

滤波器设计方法

低通滤波器的设计包括两个主要步骤。首先是选择合适的低通原型。响应类型的选择，包括通带纹波和无功元件的数目将取决于所需的规格。将低通原型滤波器的单元值(通常归一化得到源阻抗g0=1，截止频率Ωc =1.0)变换为L-C单元，得到所需的截止频率和所需的源阻抗，微带滤波器一般为50欧姆。设计微带低通滤波器的下一个主要步骤是找到合适的近似集总单元滤波器的微带实现，在通带纹波因子LAR=0.1dB处单元值具有最大平坦响应的低通原型。特性阻抗源/负载Z0=50欧姆，均取归一化值gi即g1, g2, g3, g4...........gn。使用单元变换，假定滤波器制作在介电常数为?r的基片上，厚度为h mm，角(归一化)截止频率为Ωc。

A.过滤器规格:

相对二次电常数，Er =4.4

基板高度h=1.6 mm

使用的基材-

损失tantan ?=0.02

输入阻抗Zo =50Ω

Ωc = 1Ω

截止频率fc=2.4GHz

B.设计方程

确定实现规格的原型元素的价值。此外，我们已经采取了

为了计算电容器和电感器的宽度，我们使用以下公式

W / h = 8 exp () / exp (2) 2

有效介电常数可由下式求出

过滤器尺寸

仿真结果

该滤波器由六阶变宽度阶跃阻抗LPF和u型DGS单元组成。馈线设计为50欧姆，其几何尺寸如表1和图2、3、4所示为所提出的微带低通滤波器的仿真结果。为了模拟目的，我们使用了基于矩的全波电磁求解器IE3D方法。

结论

本文提出了一种减小过渡带面积，提高传统阶梯阻抗低通滤波器过渡带性能的有效方法。仿真结果表明，与传统的低通滤波器相比，基于DGS单元的低通滤波器在抑制带衰减和减小尺寸方面有明显的改善。该方法配置灵活，特别采用全低通滤波器设计，形成了锐利的过渡带。

ACKNOWLEGEMENT

作者要感谢GGCT学院Jablapur和MITS Gwalior当局提供的所有支持。由P. K. singhal博士和教授提供的指导设施。Avinash白肢野牛。

表格一览

表1

数字一览


图1	图2	图3	图4

参考文献

D.M. Pozar“微波工程”，John Wiley, 2000。

“IE3D用户手册”，泽兰软件公司，2001年1月，第8版

S. Pirani, J. Nourinia和C. Ghobadi，“带缺口带的小型超宽带通滤波器”，IEEE microrow。无线Compon。列托人。，Vol. 20, no. 8,pp. 444-446, Aug.2010

R. Ghatak, P. Sarkar, R. K. Mirshra, D. R. Poddar，“一种采用嵌入式SIR作为带缺口结构的超宽带通滤波器，”IEEE microrow。、无线compon。列托人。，第21卷，no。5, pp261-263, 2011年5月。

孙s.s和L. Zhu，“基于多模谐振器的带通滤波器”，IEEE microrow。，杂志，第10卷，no。2，pp.88-98, april 2009.

姚斌，曹q.c o.c ichen，“改进上阻带性能的紧紧型超宽带通滤波器，”IEEE微。, wirelesscompon。,列托人。第19卷第1页2009年1月27-29日。

J. garcia - garcia, J. Bonache和F. martin，“电磁带隙在超宽带通滤波器设计中的应用，具有良好的带外性能，”IEEE trans micro。理论技术，第54卷，no。12，pp.4136-4140, dec.2006.