基于新型蝶形單元結(jié)構(gòu)人工表面等離子體激元低通陷波濾波器的設(shè)計

李緒平 張佳翔 楊海龍* 席曉莉

①(西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 西安 710121)

②(西安理工大學(xué) 西安 710048)

1 引言

表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs) 是當(dāng)電磁波入射到金屬和介質(zhì)交界面處時，光子與自由電子發(fā)生集體震蕩后形成的一種沿著金屬和介質(zhì)交界面處傳播的表面波[1]。因其只出現(xiàn)在金屬和介質(zhì)的交界面處，故在平行于交界面的方向上有著良好的傳輸特性，在垂直交界面方向上呈指數(shù)衰減[2]。同時又因其能夠突破衍射極限和有局域場增強效應(yīng)，故能夠更好地實現(xiàn)微波器件小型化[3]。

當(dāng)在太赫茲及微波波段時金屬相當(dāng)于理想導(dǎo)體，電磁波在金屬表面的透射深度非常小，這使得SPPs的傳輸很困難[4,5]。在后來的研究中，很多團隊發(fā)現(xiàn)當(dāng)光線通過亞波長的金屬孔洞或者凹槽時在部分頻段會出現(xiàn)透射增強的現(xiàn)象，這可以很好地解決SPPs在金屬中傳播困難的問題。后來根據(jù)這種特性，人們提出了人工表面等離子體激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons, SSPPs)的概念[6,7]。緊接著，崔鐵軍教授團隊[8,9]發(fā)現(xiàn)金屬的厚度與色散特性的相關(guān)性很小，在金屬厚度接近于零時，波導(dǎo)的色散特性基本保持不變，這一發(fā)現(xiàn)使得人工表面等離子體激元類微波器件的3維尺寸大大減小，為實現(xiàn)人工表面等離子體激元微波器件小型化的發(fā)展做出了突出貢獻。為了將微帶線中準(zhǔn)TEM波轉(zhuǎn)化為SSPPs結(jié)構(gòu)中TM波，崔鐵軍教授團隊[10]又在過渡結(jié)構(gòu)上進行了研究，提出了一種由一個擴口地面和梯形槽組成的過渡結(jié)構(gòu)，實驗證明該過渡結(jié)構(gòu)與50 Ω傳輸線匹配良好，能夠進一步降低傳輸損耗，為后續(xù)各種SSPPs微波器件中過渡結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了全新的思路。

目前人工表面等離子體激元已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用在濾波器設(shè)計中，因此改善濾波器的性能，使其具有更好的傳輸特性就十分重要。文獻[11]提出了一種具有互補對稱矩形槽的人工表面等離子體激元的共面波導(dǎo)，該設(shè)計采取了梯度互補對稱矩形槽的過渡結(jié)構(gòu)。該設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，過渡平滑，成本較低，但在插入損耗與帶外抑制方面并沒有優(yōu)勢，同時由于其單元結(jié)構(gòu)為不具有漸變性的矩形槽，導(dǎo)致該濾波器尺寸較大(3λ0×0.98λ0)，無法滿足小型化的需求。文獻[12]在文獻[11]的基礎(chǔ)上提出了一種互補對稱T形槽的人工表面等離子體激元的共面波導(dǎo)，與原矩形槽相比減少了濾波器尺寸并改善了帶外抑制性能，但整體尺寸(2.46λ0×0.36λ0)還是較大。文獻[13]提出了一種漸變槽形的單元結(jié)構(gòu)的人工表面等離子體激元的多頻帶濾波器，相比于矩形單元結(jié)構(gòu)，它具有更好的色散特性，在單元結(jié)構(gòu)尺寸相同的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)更低的截止頻率，故能夠更好地實現(xiàn)器件小型化，但由于結(jié)構(gòu)中的諧振環(huán)部分較大導(dǎo)致濾波器整體尺寸(2.45λ0×0.47λ0)偏大，沒有很好地體現(xiàn)出漸變單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。文獻[14]提出了一種柔性高選擇性單層共面波導(dǎo)帶通濾波器，通過梯形單元結(jié)構(gòu)及叉指耦合結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)濾波器的帶通效果。蝶形單元結(jié)構(gòu)很好地減小了濾波器尺寸(1.57λ0×0.49λ0)，同時柔性材料可使濾波器在發(fā)生彎折扭曲等情況下依然保持良好的性能，使其擁有更好的環(huán)境適應(yīng)性。文獻[15]提出了一種基于曲折線技術(shù)的小型SSPPs帶通濾波器，該濾波器的單元結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)矩形單元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將矩形單元結(jié)構(gòu)替換為線寬很細的折線，組成形似矩形的形狀，同時增加了雙層結(jié)構(gòu)，可讓單元結(jié)構(gòu)的色散曲線的漸進頻率降低4倍，也就是說在濾波器相同截止頻率下，經(jīng)過了曲折線變換并增加了雙層結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)矩形單元結(jié)構(gòu)的尺寸縮小了4倍，雖然這種設(shè)計對濾波器帶內(nèi)插入損耗有一定影響，但在濾波器小型化與超帶寬設(shè)計方面都具有明顯優(yōu)勢，為今后SSPPs單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了一種全新的設(shè)計思路。

雖然漸變結(jié)構(gòu)相比矩形和其他不具有漸變特性的單元可以在相同截止頻率的條件下，實現(xiàn)一定的單元結(jié)構(gòu)小型化，但是因為文獻[13,14]的單元原結(jié)構(gòu)仍然較為簡單，很難對其漸變特性進行調(diào)節(jié)，因此對于新型單元結(jié)構(gòu)的研究仍然具有重要的研究價值和意義。

本文提出了一種新型碟形單元結(jié)構(gòu)的人工表面等離子體激元低通陷波濾波器，由于單元結(jié)構(gòu)的形狀類似于蝴蝶，故在文中以蝶形命名。該濾波器相比上述文獻，具有更小的插入損耗，更好的帶外抑制，同時具有陷波功能，可以實現(xiàn)對特定干擾頻段的抑制。該濾波器主要由以下3部分組成：第1部分為微帶傳輸線；第2部分為過渡結(jié)構(gòu)；第3部分為人工表面等離子體激元，該部分由7個蝶形單元組成，通過改變蝶形單元的長度可以控制低通濾波器的截止頻率；最終通過優(yōu)化仿真確定了低通濾波器的截止頻率在12.5 GHz，帶內(nèi)插入損耗(|S21|)＜0.9 dB，S11<–13 dB，帶外抑制達到了–52 dB。為了實現(xiàn)對特定干擾頻段的陷波，在各個蝶形單元結(jié)構(gòu)的中間引入了4組叉指電容環(huán)路諧振器[16,17]，并且陷波頻率可通過調(diào)節(jié)叉指電容環(huán)路諧振器枝節(jié)長度滿足不同的陷波應(yīng)用場景。該濾波器最終優(yōu)化尺寸大小為0.98λ0×0.17λ0。實驗結(jié)果表明，該濾波器–3 dB工作帶寬為0～12.5 GHz，陷波頻帶為7.8～8.3 GHz，帶內(nèi)最大插入損耗為1.5 dB，帶外抑制為–41 dB。測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合度較好，具有較好的應(yīng)用前景。

2 人工表面等離子體激元單元結(jié)構(gòu)分析

表面等離子體激元有多種單元結(jié)構(gòu)，如矩形、橢圓形、梯形等，如圖1(a)所示。為了比較不同單元結(jié)構(gòu)之間的色散特性的優(yōu)劣，本文分別對矩形、單橢圓、梯形以及蝶形單元結(jié)構(gòu)進行色散特性仿真，并得出了4種結(jié)構(gòu)真空條件下電磁波的色散曲線圖，如圖1(b)所示。其中kx代表波矢量，d代表周期寬度。從圖1可以看出，頻率隨著波矢量kx的增加而增長，但當(dāng)波矢量增長到一定值時，色散曲線趨于水平，說明達到了截止頻率，此時，高于此頻率的電磁波將不再傳播，從而達到了低通濾波器的效果。除此之外，從圖1還可以看出，在相同周期寬帶的條件下，橢圓形單元結(jié)構(gòu)和梯形單元結(jié)構(gòu)相比于無漸變矩形單元結(jié)構(gòu)的色散曲線具有更加偏離光線的色散特性。同時還可以發(fā)現(xiàn)，向下漸變的梯形單元結(jié)構(gòu)相比向上漸變的橢圓結(jié)構(gòu)，在相同尺寸和周期寬度的條件下具有更低的截止頻率、更好偏光性、更好的色散特性，對SPPs有著更好的束縛作用。這也表明，矩形單元結(jié)構(gòu)與其他寬度可漸變的單元結(jié)構(gòu)相比，色散特性較差，在實現(xiàn)相同的截止頻率的情況下，漸變結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)的小型化。

但是，無論橢圓單元結(jié)構(gòu)還是梯形單元結(jié)構(gòu)，其本身結(jié)構(gòu)具有一定的可調(diào)局限性，很難進一步得到提升。因此，本文提出了蝶形單元結(jié)構(gòu)，該單元結(jié)構(gòu)由橢圓單元結(jié)構(gòu)分別向左右各旋轉(zhuǎn)30°得到，相比橢圓形和梯形等其他單元結(jié)構(gòu)，蝶形結(jié)構(gòu)因為由多個橢圓結(jié)構(gòu)組成，具有更多的可調(diào)變量，因而在調(diào)節(jié)漸變特性中具有更好的靈活性，從而實現(xiàn)更低的截止頻率，如圖1所示。其中，蝶形單元結(jié)構(gòu)的長半軸長L4，線寬W，旋轉(zhuǎn)角度α，具體數(shù)值如表1所示。

表1 蝶形單元結(jié)構(gòu)尺寸

圖2給出了不同蝶形單元結(jié)構(gòu)的長度L4對應(yīng)的色散曲線。當(dāng)長軸L4的長度增大時，蝶形單元結(jié)構(gòu)的截止頻率減小，色散效應(yīng)也越強。因此可以通過增加蝶形單元結(jié)構(gòu)L4的長度來降低濾波器的截止頻率。從圖1的分析中可以看出蝶形單元結(jié)構(gòu)相比矩形、橢圓形和梯形單元結(jié)構(gòu)具有更低的截止頻率，因此，若其他單元結(jié)構(gòu)想要達到和蝶形單元結(jié)構(gòu)相同的截止頻率，則需要增加單元結(jié)構(gòu)本身的長度。這也進一步說明了，實現(xiàn)相同截止頻率的條件下，蝶形單元結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的矩形、橢圓形和梯形單元結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)小型化。

圖1 不同單元結(jié)構(gòu)的色散曲線圖

圖2 不同L4時蝶形單元結(jié)構(gòu)的色散曲線

從梯形和橢圓形的單元結(jié)構(gòu)漸變特性可以發(fā)現(xiàn)，相同周期寬度的條件下，漸變特性對于單元結(jié)構(gòu)的色散特性曲線有著明顯的影響，對于單元結(jié)構(gòu)的小型化研究具有重要的意義。為了研究蝶形單元結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度色散特性的變化，圖3給出了蝶形單元結(jié)構(gòu)不同旋轉(zhuǎn)角度時的色散曲線圖。從圖3可以看出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度小于30°時，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加，截止頻率逐漸降低；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度大于30°時，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加，截止頻率逐漸增加。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為30°時截止頻率達到最小值13.4 GHz。

圖3 蝶形單元結(jié)構(gòu)不同旋轉(zhuǎn)角度對色散曲線的影響

3 低通濾波器部分設(shè)計

從前文的分析可知，蝶形單元結(jié)構(gòu)相比矩形、橢圓形和梯形等傳統(tǒng)的單元結(jié)構(gòu)在散射特性曲線中表現(xiàn)出更好的偏光性，在相同截止頻率的條件下，具有更低的截止頻率。為了更好地說明蝶形單元結(jié)構(gòu)在SSPPs低通濾波器中的優(yōu)勢，本文采用“八”字形過渡結(jié)構(gòu)，分別對矩形、橢圓形、梯形和蝶形單元結(jié)構(gòu)組成的SSPPs低通濾波器進行了仿真分析[18]。

圖4分別為矩形、單橢圓、梯形、蝶形單元結(jié)構(gòu)組成的低通濾波器結(jié)構(gòu)圖及對應(yīng)的S參數(shù)分析結(jié)果。從圖4可以看出，矩形單元結(jié)構(gòu)組成的低通濾波器的S21曲線在帶內(nèi)波動較大，插入損耗最大達到了2.5 dB，而蝶形單元結(jié)構(gòu)組成的低通濾波器的帶內(nèi)平坦度特性最好，且插入損耗最大僅為1.4 dB，說明蝶形單元結(jié)構(gòu)組成的低通濾波器相較于其他單元結(jié)構(gòu)組成的低通濾波器有更好的性能。除此之外，蝶形單元結(jié)構(gòu)和其他單元結(jié)構(gòu)在相同的單元尺寸條件下，可以實現(xiàn)更低的截止頻率。從圖4可以看出，矩形單元結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)的截止頻率為15 GHz，橢圓形單元結(jié)構(gòu)截止頻率為14.6 GHz，梯形單元結(jié)構(gòu)截止頻率為13.8 GHz，本文提出的新型蝶形單元結(jié)構(gòu)在同樣尺寸的條件下可以實現(xiàn)截止頻率為12.5 GHz。從側(cè)面印證了蝶形單元結(jié)構(gòu)在相同截止頻率的條件下，可以實現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)小型化的目的。

圖4 不同單元結(jié)構(gòu)的SSPPs低通濾波器模型及仿真結(jié)果圖分析

在經(jīng)過上述對單元結(jié)構(gòu)的分析后，設(shè)計出本文的低通濾波器模型如圖5所示，通過在厚度為0.5 mm的介質(zhì)板上下表面覆一層厚度為0.035 mm的金屬銅箔，并在其上表面蝕刻微帶線，過渡結(jié)構(gòu)以及周期性單元結(jié)構(gòu)而得出，由Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ部分組成。各部分的參數(shù)如下：Ⅰ部分為微帶線，長度L1、寬度a；Ⅱ部分為過渡結(jié)構(gòu)，長度L2，方形貼片寬度b1、長度b2，三角形貼片長度c1、寬度c2，角度θ；Ⅲ部分為SSPPs結(jié)構(gòu)部分，長度L3。各項參數(shù)具體數(shù)值如表2所示。

圖5 蝶形結(jié)構(gòu)SSPPs低通濾波器結(jié)構(gòu)圖

表2 低通濾波器各部分尺寸(mm)

本文采用HFSS(High Frequency Structure Simulator)軟件進行仿真分析。圖6給出了蝶形單元結(jié)構(gòu)最終優(yōu)化的S參數(shù)。可以看出，該濾波器的–3 dB工作帶寬為0～12.5 GHz， S11<–13 dB，帶內(nèi)插入損耗<1.4 dB，雖然該濾波器的插入損耗已經(jīng)較為良好，但與目前也有許多低通濾波器的插入損耗也能達到1.5 dB左右，所以和其他濾波器相比優(yōu)勢并不明顯，且該濾波器沒有明顯的帶外抑制點。

圖6 SSPPs低通濾波器仿真結(jié)果

因此，本文將對該濾波器進一步改進，通過對單元結(jié)構(gòu)進行鏤空處理減小了帶內(nèi)插入損耗。改進后的低通濾波器如圖7(a)所示。其中橫向槽長為L = 26 mm、寬度為d1 = 0.37 mm。凹槽單元結(jié)構(gòu)的長軸長度為L5 = 0.9 mm。 為更好地表明改進后的SSPPs低通濾波器與改進前的SSPPs低通濾波器相比更加優(yōu)越，本文在圖7展示了改進后濾波器的整體結(jié)構(gòu)圖、單元結(jié)構(gòu)圖及改進前后S參數(shù)對比圖。圖7(b)為蝶形單元結(jié)構(gòu)鏤空前后的色散特性仿真結(jié)果對比。從圖中可以看出，鏤空后的單元結(jié)構(gòu)色散曲線截止頻率要小于鏤空前單元結(jié)構(gòu)色散曲線近0.4 dB，這說明鏤空后單元結(jié)構(gòu)有著更好的色散特性，從而可以進一步改善濾波器的帶內(nèi)插入損耗及帶外抑制。從S參數(shù)仿真結(jié)果圖7(c)可以看出，經(jīng)過上述改進后，–3 dB工作帶寬為0–12.5 GHz，S11<–15 dB，帶內(nèi)插入損耗<0.9 dB，且?guī)庖种苾?yōu)于52 dB，大大改善了帶內(nèi)的插入損耗與帶外抑制。

圖7 改進后SSPPs低通濾波器結(jié)構(gòu)及仿真圖

為證明濾波器的阻通特性，本文仿真了頻率為12 GHz與14 GHz處的在xoy面上的電場分布圖，如圖8所示。從圖8(a)的12 GHz電場分布圖可以看出，電磁波在整個濾波器模型中能夠正常傳輸；而從圖8(b)的14 GHz電場分布圖可以看出，電磁波在剛進入濾波器時電場強度還很強，但在傳輸?shù)倪^程中，電場強度逐漸減弱最終達到截止?fàn)顟B(tài)，這說明濾波器在帶內(nèi)有著良好的傳輸特性，而對帶外的信號也有著良好的抑制作用。

圖8 電場分布圖

此外，為了更好地對比本文設(shè)計的SSPPs低通濾波器的帶內(nèi)特性、帶外抑制及尺寸的優(yōu)越性，表3給出了本文設(shè)計的SSPPs低通濾波器與其他近期發(fā)表的設(shè)計SSPPs低通濾波器的性能比較。通過對比可以看出文獻[13,14]的漸變單元結(jié)構(gòu)濾波器在工作頻率明顯偏低的情況下尺寸和文獻[11,12]提出的非漸變單元結(jié)構(gòu)濾波器相近，說明漸變單元結(jié)構(gòu)確實有助于小型化的實現(xiàn)。而從表3可以看出，本文設(shè)計的濾波器在帶內(nèi)特性、帶外抑制及尺寸方面都要優(yōu)于其余文獻，具有更好的應(yīng)用前景。

表3 不同文獻濾波器參數(shù)對比

4 低通陷波濾波器的設(shè)計

為了實現(xiàn)對通帶范圍內(nèi)特定干擾信號進行濾除，本文通過在改進后的SSPPs低通濾波器的單元結(jié)構(gòu)之間添加4組叉指電容環(huán)路諧振器形成了SSPPs低通陷波濾波器，如圖9所示，圖9左邊為SSPPs低通陷波濾波器整體結(jié)構(gòu)圖，圖9右邊為叉指電容環(huán)路諧振器結(jié)構(gòu)圖。其中，諧振器的長度為I1，寬度為I2，枝節(jié)長度為I3，枝節(jié)寬度為I4，相鄰枝節(jié)的間距為I5，外邊寬度為I6，表4給出了各參數(shù)詳細的數(shù)值。叉指電容環(huán)路諧振器與分裂環(huán)諧振器相比具有更低的諧振頻率，從而所建模型更加緊湊，有助于小型化的實現(xiàn)。

表4 叉指電容環(huán)路諧振器尺寸

圖9 SSPPs低通陷波濾波器及叉指電容環(huán)路諧振器結(jié)構(gòu)圖

為了證明叉指電容環(huán)路諧振器可實現(xiàn)對特定干擾頻段的陷波，本文仿真了枝節(jié)長度I3不同時SSPPs低通陷波濾波器的S21曲線，結(jié)果如圖10所示，從圖10可以看出，隨著枝節(jié)長度I3的增大，諧振頻率逐漸減小，且并不會對濾波器的截止頻率產(chǎn)生很大影響，故可以通過改變叉指電容環(huán)路諧振器枝節(jié)長度的方法改變諧振點位置，從而使濾波器能在工程中被更好的應(yīng)用。為確定叉指電容環(huán)路諧振器對數(shù)對陷波性能的影響，分別仿真了2對，4對，6對叉指電容環(huán)路諧振器時的S21參數(shù)，不同叉指電容環(huán)路諧振器對數(shù)低通陷波濾波器的結(jié)構(gòu)如圖11(a)、圖11(b)所示。

圖10 不同枝節(jié)長度時SSPPs低通陷波濾波器S21參數(shù)仿真結(jié)果

由于圖9已經(jīng)給出4對叉指電容環(huán)路諧振器時的濾波器結(jié)構(gòu)圖，故圖11只給出了2對與6對叉指電容環(huán)路諧振器時濾波器的結(jié)構(gòu)圖，S21參數(shù)對比結(jié)果如圖11(c)所示。從圖11(c)可以看出，在叉指電容環(huán)路諧振器為2對和6對時，陷波深度遠遠不如4對叉指電容環(huán)路諧振器時的陷波深度，當(dāng)叉指電容環(huán)路諧振器為2對與6對時，在諧振頻率處的陷波深度只能達到–11 dB左右，而當(dāng)叉指電容環(huán)路諧振器為4對時陷波深度能達到–42 dB。這說明當(dāng)叉指電容環(huán)路諧振器為2對與6對時SSPPs低通濾波器的陷波性能遠不如叉指電容環(huán)路諧振器為4對時SSPPs低通濾波器的陷波性能，無法實現(xiàn)對干擾頻段的抑制。故選擇4對叉指電容環(huán)路諧振器。

圖11 叉指電容環(huán)路諧振器數(shù)量不同時SSPPs低通陷波濾波器整體結(jié)構(gòu)及S參數(shù)

圖12為4對叉指電容環(huán)路諧振器時濾波器的仿真結(jié)果圖?？梢钥闯鲈摓V波器的–3 dB工作帶寬為0～12.5 GHz，陷波頻帶為7.8～8.3 GHz，叉指電容環(huán)路諧振器的諧振頻率在8.1 GHz，且在諧振頻率處的插入損耗為41 dB，說明叉指電容環(huán)路諧振器的抑制能力良好，并且，在帶內(nèi)的插入損耗<1.5 dB,S11<–13 dB，帶外抑制達到了–42 dB，這說明叉指電容環(huán)路諧振器并沒有對濾波器在帶內(nèi)的整體性能有較大影響，證明了該低通陷波濾波器具有平穩(wěn)傳輸特性以及優(yōu)越的帶外濾波特性。

圖12 SSPPs低通陷波濾波器S參數(shù)仿真結(jié)果

5 濾波器實物加工與實測分析

濾波器的實物圖如圖13所示。圖13(a)是SSPPs低通濾波器, 圖13(b)是SSPPs低通陷波濾波器。測試后的S參數(shù)與仿真S參數(shù)對比結(jié)果如圖14所示。其中圖14(a)為低通濾波器S參數(shù)實測仿真結(jié)果對比圖，圖14(b)為低通陷波濾波器S參數(shù)實測仿真結(jié)果對比圖。

圖13 濾波器實物及現(xiàn)場測試情況

從圖14可以看出，實測時濾波器的截止頻率以及S參數(shù)曲線的變化趨勢與仿真時基本吻合，SSPPs低通濾波器在兩種狀態(tài)下都表現(xiàn)出較好的邊帶選擇特性和帶外抑制，說明該濾波器基本符合設(shè)計指標(biāo)要求。如圖14(a)所示，SSPPs低通濾波器在無陷波狀態(tài)下，0～12.5 GHz通帶內(nèi)反射系數(shù)低于–10 dB，通帶內(nèi)插入損耗基本符合設(shè)計要求，在高頻隨著頻率的增加誤差逐漸增大。圖14(b)給出了SSPPs低通濾波器在陷波狀態(tài)下的測試和仿真結(jié)果，從圖中可以看出，SSPPs低通濾波器在陷波狀態(tài)下可以實現(xiàn)在8～8.5 GHz 頻段的陷波抑制，相比仿真結(jié)果頻偏小于3%，在通帶內(nèi)插入損耗同樣隨著頻率的增加誤差逐漸增大。通過分析發(fā)現(xiàn)造成以上誤差和頻偏結(jié)果，主要是板材和射頻連接器件在高頻的不穩(wěn)定與傳輸損耗增加所致。

圖14 濾波器S參數(shù)實測仿真結(jié)果對比

6 結(jié)束語

本文對不同的SSPPs單元結(jié)構(gòu)進行研究并提出了一款新型蝶形單元結(jié)構(gòu)的SSPPs低通陷波濾波器。該蝶形單元結(jié)構(gòu)具有低插損、更好的色散特性、優(yōu)越的帶外抑制等優(yōu)點。另外，在SSPPs低通濾波器的基礎(chǔ)之上，通過加載叉指電容環(huán)路諧振器實現(xiàn)對特定干擾頻段的陷波。最終，實驗結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)尺寸為0.98λ0×0.17λ0，SSPPs低通濾波器無陷波功能狀態(tài)下的–3 dB工作帶寬為0 ～12.5 GHz， S11<–13 dB，帶內(nèi)插入損耗<0.9 dB，帶外抑制達到了–52 dB。SSPPs低通濾波器陷波功能狀態(tài)下，–3 dB工作帶寬為0～12.5 GHz，陷波頻帶為7.8～8.3 GHz，S11<–13 dB，插入損耗<1.5 dB，帶外抑制達到了–42 dB，并且可以通過改變叉指電容環(huán)路諧振器枝節(jié)長度改變陷波位置。該新型蝶形單元結(jié)構(gòu)SSPPs低通陷波濾波器能夠更好地適應(yīng)產(chǎn)品的需求，具有較好的工程應(yīng)用價值和理論研究意義。