[发明专利]一种零阶谐振器、窄带带通滤波器及优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种微波滤波器。

背景技术

微波滤波器在射频/微波系统(比如无线通信系统、雷达系统) 中起着非常重要的作用。现代无线通信技术的快速发展对微波滤波 器提出了越来越高的要求——性能好、尺寸小、重量轻、成本低等等。 许多传统的结构和设计方法已无法满足系统的需求，这使得许多研 究人员和工程师开始不停地探索新型的滤波器设计方法[1] Jia-Sheng Hong，M.J.Lancaster，“Microstrip Filters for RF Microwave Application”，John Wiley & Sons，Inc。

人工电磁材料是近年来国际物理学和电磁学发展的一个全新的 研究领域。所谓人工电磁材料是指将人造单元结构周期性排列形成 的具有特殊电磁特性的材料，目前主要包括左手结构[2]R.A.Shelby， D.R.Smith，S.Schultz，“Experimental Verification of a Negative Index of Refraction，”Science，vol.292，pp.77-79，2001；电磁带隙结构[3] D.Sievenpiper，L.J.Zhang，and R.F.Jimenez Broas，et.al.， “High-Impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band”，IEEE Trans.Microw.Theory Tech，1999，47，(11)，pp. 2059-2074；缺陷地结构[4]D.Ahn，J.S.Kim，C.S.Kim，et.al.，“A design of the low-pass filter using the novel microstrip defected ground structure”，IEEE Trans.Microw.Theory Tech，2001，49，(1)，pp.86-93； 以及频率选择性表面[5]R.Pous and D.Pozar，“A frequency-selective surface using aperture-coupled microstrip patches”，IEEE Trans Antennas Propagation 39(1991)，1763-1769等等。人工电磁材料突破 了传统电磁场理论中的一些重要概念，其研究成果必将在许多重要 领域中有重大应用前景。

人工电磁材料为微波滤波器的设计提供了许多新的思路。比如开 口谐振环结构(Split Ring Resonators-SRRs)和互补开口谐振环结构 (CSRRs)已被成功地应用到一些微波滤波器的设计中[6]F.Falcone， T.Lopetegi，J.D.Baena，et.al，“Effective negative-stopband microstrip lines based on complementary split ring resonators，”IEEE Microw. Wireless Compon.Lett.，vol.14，no.6，pp.280-282，Jun.2004；[7]P. Mondal，M.K.Mandal，A.Chaktabarty，et.al.，“Compact bandpass filters with wide controllable fractional bandwidth，”IEEE Microwave and Wireless Components Letters，vol.16，no.10，pp.540-542，Oct.2006； [8]C.Li，K.Y.Liu，F.Li，“Design of microstrip highpass filters with complementary split ring resonators，”Electronics Letters，vol.43，no.1， Jan.2007。SRR结构最早是被用来实现左手材料，而CSRR则是SRR 的对偶结构，可以通过在接地金属平面上蚀刻出SRR结构的缝隙来 实现。文献[6]的研究表明，在微带电路中加载SRRs或CSRRs结构， 可以有效地抑制谐振频率附近的信号传播，从而设计出新型带阻滤 波器。在文献[8]中，CSRR结构被用于设计新型高通滤波器，该滤波 器具有非常陡峭的带外抑制特性。