低通濾波器

低通濾波器是微波和無線設(shè)備和系統(tǒng)的重要組成部分。然而，它們?cè)谧鑾е惺艿接邢薜闹C波抑制。微波工程師傳統(tǒng)上使用的一種補(bǔ)救措施是添加衰減極點(diǎn)以擴(kuò)展阻帶帶寬。不幸的是，這種變通方法通常會(huì)增加濾波器的整體尺寸，這無疑是不受歡迎的，并阻礙了對(duì)小型化不斷增長(zhǎng)的需求。近年來，一種限制阻帶諧波抑制的新技術(shù)已在微波工程師中流行起來。這種技術(shù)由印刷微帶板接地平面上的蝕刻槽或缺陷組成，稱為缺陷接地結(jié)構(gòu)（DGS）。您實(shí)際上可以將 DGS 視為電磁帶隙 （EBG） 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式。

DGS 解決方案

許多作者報(bào)告了通過使用 DGS 可以顯著改善各種低通濾波器的頻率響應(yīng)。我們使用流行的 EMWorks 高頻模擬器 HFWorks 來測(cè)試微帶低通濾波器并研究 DGS 在改善微帶低通濾波器頻率響應(yīng)方面的效率。

濾波器結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。它由三個(gè)階梯阻抗諧振器和兩個(gè)形狀一致的低阻抗短截線組成。

圖 1：低通濾波器的頂面和底面

基本低通濾波器的頻率響應(yīng)如圖2所示。濾波器的截止頻率約為2.03GHz，20dB抑制水平下的頻率為2.54GHz。

該濾波器的阻帶帶寬為 2.54GHz 至 9.57GHz，抑制水平為 20 dB。

在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，S11 接近 0dB，這意味著信號(hào)被完全反射。

圖 2：微帶低通濾波器的頻率響應(yīng)

該濾波器的主要缺點(diǎn)是存在帶外雜散頻率。為了在不影響尺寸的情況下提高基本低通濾波器的性能，使用了有缺陷的接地結(jié)構(gòu)。DGS 有助于實(shí)現(xiàn)更寬、更深的阻帶帶寬。它由兩個(gè)對(duì)稱的 H 形槽組成，蝕刻在濾波器的接地平面上。

圖 3 顯示了修改后的低通濾波器的俯視圖和仰視圖。

圖 3：帶有 H 形 DGS 的過濾器的頂面和底面

添加 DGS 后獲得了良好的選擇性和較寬的阻帶帶寬。圖 4 顯示了添加 DGS 后濾波器的頻率響應(yīng)。

圖 4：帶 DGS 的微帶低通濾波器的頻率響應(yīng)

通過使用 DGS，基本微帶低通濾波器的通帶和阻帶特性得到了改善。在 15dB 抑制水平下獲得高達(dá) 16.5GHz 的寬阻帶帶寬。具有 H 形 DGS 的濾波器的模擬 3 dB 截止頻率降低到 1.98 GHz。

總結(jié)和要點(diǎn)

通過使用 H 形 DGS 諧振器可以增強(qiáng)基本低通濾波器的性能特性，而不會(huì)影響濾波器的尺寸。DGS 諧振器在高頻下表現(xiàn)為諧振元件，從而實(shí)現(xiàn)更寬、更深的阻帶帶寬。因此，像 HFWorks 這樣的工具對(duì)于設(shè)計(jì)和改進(jìn)低通濾波器的頻率響應(yīng)至關(guān)重要。