新型SCRLH零階諧振器在小型化微帶帶通濾波器設(shè)計中的應(yīng)用分析

1 引言
　　1968年，Veselago提出了左手媒質(zhì)（left-handed material - LHM）的概念， 2000年Smith等人通過周期性的排布開縫環(huán)諧振器（split-ring resonators - SRRs）和金屬線（wires）首次實現(xiàn)了人工的LHM ，但是這種LHM結(jié)構(gòu)在微波頻段具有較大的損耗以及較窄的工作帶寬。為了克服這些缺點，2002年V George等人提出了傳輸線型的LHM 。目前傳輸線型的左手媒質(zhì)可以分為兩類即：諧振型和非諧振型。諧振型LHM一般是通過在主傳輸線上周期性的加載SRR，或者對偶開縫環(huán)諧振器（complementary split ring resonator - CSRR ）來合成，而非諧振型的LHM則是通過在主傳輸線上周期性的加載串聯(lián)電容和并聯(lián)電感構(gòu)成 ［6］。由于在頻率較高時，主傳輸線的寄生效應(yīng)將起主導(dǎo)作用，因此傳輸線型左手媒質(zhì)都具有混合左右手（composite right/left- handed - CRLH）的特性。
　　以上這些創(chuàng)新的概念及結(jié)構(gòu)拓展了傳統(tǒng)微波器件的設(shè)計思路，許多新型的微波器件如諧振器、定向耦合器、移相器、功分器和天線等都被相繼提出。尤其是基于LHM的濾波器引起了研究者的廣泛關(guān)注。由于LHM組元元件的亞波長特性，基于LHM的濾波器通常具有尺寸小的優(yōu)點，這恰能滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)整機小型化的需求 。
　　
　　（a）物理結(jié)構(gòu)
　　
　?。╞）集總等效電路模型
　　圖1 新型SCRLH ZOR的
　　本文中提出了一種新型的簡化混合左右手（simplified composite right/left-handed - SCRLH）零階諧振器（zeroth-order resonators - ZORs），并將其應(yīng)用于小型化微帶帶通濾波器的設(shè)計之中。起初ZOR是標(biāo)準(zhǔn)的混合左右手（composite right/left-handed - CRLH）結(jié)構(gòu) 。由于傳統(tǒng)集總元件通常具有高頻色散效應(yīng)且可供選擇的元件值也是有限的，而準(zhǔn)集總元件如交指電容的設(shè)計相對復(fù)雜且具有較大的電尺寸?？紤]到這些不利因素，作者提出了SCRLH ZOR結(jié)構(gòu)。本文首先給出了SCRLH ZOR的物理結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的集總等效電路模型。其次基于Bloch理論提取了諧振器的色散和Bloch阻抗特性，從而可清晰的觀察到零階諧振現(xiàn)象。隨后采用經(jīng)典的帶通濾波器綜合理論以及耦合系數(shù)方法設(shè)計了三階Chebyshev微帶帶通濾波器。為了滿足耦合強度的要求，諧振器級間采用交指電容耦合（interdigital capacitor coupling - IDCC）結(jié)構(gòu)而終端采用背槽雙指平行耦合線結(jié)構(gòu)（aperture-backed dual-finger parallel-coupled line structure - ADPLS）。最終根據(jù)Ansoft HFSS的仿真及優(yōu)化結(jié)果制作了濾波器實物，并將實測同仿真結(jié)果進行了比較。