多節(jié)CSRR結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器設(shè)計

射頻工程師應(yīng)該都知道，CSRR指的是互補開口諧振環(huán)，此結(jié)構(gòu)的濾波器一般性能都比較高，使用多節(jié) CSRR 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多個傳輸零點，通過改變該結(jié)構(gòu)的物理尺寸參數(shù)來調(diào)節(jié)傳輸零點頻率和阻帶帶寬，從而設(shè)計出傳輸零點可控、阻帶帶寬可控、小型化且易于制作的帶阻濾波器，今天我們就帶大家詳細(xì)來看看多節(jié) CSRR 結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器是怎么設(shè)計出來的。

加載 1 個 CSRR 單元的開合路微帶線結(jié)構(gòu)，即 1 節(jié) CSRR，可以獨立地產(chǎn)生 1 個傳輸零點，且傳輸零點頻率受該結(jié)構(gòu)的物理尺寸參數(shù)的影響。每個 CSRR 單元由一對相互對稱的 CSRR 組成。如果將多個物理尺寸參數(shù)不同的 CSRR 單元刻蝕于介質(zhì)基板的金屬接地面上，且開合路微帶線結(jié)構(gòu)從每個CSRR 的中心區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行激勵，那么每個 CSRR 單元均可獨立地產(chǎn)生一個傳輸零點。

該電路結(jié)構(gòu)圖中的各項物理尺寸參數(shù)如表 所示:

基于 2 節(jié) CSRR 的帶阻濾波器的等效電路模型:

基于 2 節(jié) CSRR 的帶阻濾波器的電路仿真和電磁仿真結(jié)果

使用 HFSS 進(jìn)行仿真，得到了該電路在 2 個傳輸零點頻率 fz1 = 3.38 GHz 和fz2 = 3.73 GHz 處的電場分布，如圖 4.4(a)和 4.4(b)所示?？梢悦黠@看出，f

z1 = 3.38 GHz 和 fz2 = 3.73 GHz 這 2 個傳輸零點分別由 Unit-2 和 Unit-1 產(chǎn)生。由此，可以確認(rèn)，具有不同物理尺寸參數(shù)的 2 節(jié) CSRR 結(jié)構(gòu)可分別產(chǎn)生 2 個傳輸零點，這驗證了所提出的多節(jié) CSRR 結(jié)構(gòu)的阻帶特性。

本論文使用的介質(zhì)基板均為 Rogers RT/5880，介電常數(shù)ER = 2.2，損耗角正切tanδ = 0.0009，介質(zhì)層厚度 h = 0.787 mm，覆銅層厚度 T = 0.0175 mm。本論文使用的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的型號為 Anritsu MS46122B?；?2 節(jié) CSRR 的帶阻濾波器實際電路圖：(a)底部視圖；(b)頂部視圖 :

由以上測試結(jié)果可以看出，隨著 CSRR 節(jié)數(shù)的增加，傳輸零點數(shù)量增加，阻帶的相對帶寬也顯著增加。通過對測試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)兩者之間具有良好的吻合度，測試結(jié)果基本滿足各項性能指標(biāo)。綜上，本論文提出的基于多節(jié) CSRR 的帶阻濾波器的設(shè)計方法的正確性和可行性得到了驗證。

測試結(jié)果與仿真結(jié)果之間存在些許誤差的主要原因如下：

（1）電磁仿真存在的誤差：電磁仿真是在理想情況下進(jìn)行的，與實際情況會存在差異。

（2）電路制作存在的誤差：在繪制掩膜板時，各種格式文件之間的轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致電路尺寸的微小偏差；在制作掩膜板時，打印機在實際打印過程中的微小差異也會導(dǎo)致電路尺寸產(chǎn)生偏差；在腐蝕介質(zhì)基板時，過腐蝕和腐蝕不徹底等情況會導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)；在焊接連接器時，焊錫的存在會導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生誤差。

（3）電路測試存在的誤差：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)誤差與操作誤差會導(dǎo)致測試誤差的出現(xiàn)。

未來展望

本文提到的設(shè)計的基于多節(jié) CSRR 的帶阻濾波器具有小型化、結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、易于制作、阻帶帶寬及傳輸零點可控等優(yōu)點，基本達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。但是該設(shè)計仍存在以下不足，亟待未來進(jìn)一步研究、改進(jìn)和完善：

（1）就電路尺寸來看，本論文所設(shè)計的帶阻濾波器的尺寸小，有利于系統(tǒng)集成，但仍可以就如何進(jìn)一步減小帶阻濾波器的尺寸來展開研究。

（2）可以進(jìn)一步優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，從而擴大帶寬，使帶阻濾波器的陡降特性更好，提升帶阻濾波器的性能。

（3）可以將低溫共燒陶瓷技術(shù)、SIW 技術(shù)和微機電系統(tǒng)等新技術(shù)應(yīng)用于帶阻濾波器的設(shè)計當(dāng)中，從而實現(xiàn)帶阻濾波器功能的多元化，進(jìn)一步提升帶阻濾波器的性能。

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