基于pcb器件的小型超宽带低通滤波器的设计与分析

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这个例子展示了如何设计和分析一个紧凑的低通超宽带(UWB)滤波器，基于一个u型互补分裂环谐振器pcbComponent对象。该滤波器被设计为在低0.1 GHz到10.8 GHz的宽频带上具有非常低的插入损耗。滤波器的设计参考了[1]。

超宽带低通滤波器的设计与分析

这种紧凑的滤波器设计采用了u形互补分裂环谐振器(U-CSRR)。U-CSRR是[1]中描述的一种同平面结构的互补分裂环谐振器(CSRR)。这种结构的优点是制作简单，因为它是在顶部金属层上形成的。该U-CSRR由两个外长同心分裂方形环组成 $l_{1}$ 、内部长度 $l_{2}$ 如图(a)所示。这个U-CSRR元素创建在承载传输线的顶部金属层上。如图(b)所示，U-CSRR单元的等效电路用一个有电感的并联谐振电路表示 $l_{c}$ 和电容 $C_{c}$ ．的电感 $l_{R}$ 和电容 $C_{R}$ 表示主机传输的电感和电容。U-CSRR粒子与宿主传输线电耦合。

U-CSRR粒子的等效电路表明，在低频时，并联槽电路阻抗较小，具有通频带特性。图(a)显示了在微带[1]中使用两个U-CSRR单元来表示不同特征尺寸的滤波器的原理图。和[1]一样，在滤波器设计中选择两个U-CSRR粒子是为了使其尺寸紧凑，并保证阻带的高衰减。

使用traceRectangular目标创建馈电传输线咱矩形单元格Cell_A。执行布尔添加操作的微带形状咱，Cell_A和创建LeftSection．

%设置接地面变量gndL = 18 e - 3;gndW = 7 e - 3;%设置给料传输线的变量ZA_Width = 4 e - 3;ZA_Length = 4 e - 3;定义单元格长度Cell_Length = 5 e - 3;创建馈电微带线咱= traceRectangular (“长度”ZA_Length,“宽度”ZA_Width,．..“中心”[-ZA_Length / 2-Cell_Length 0]);%创建矩形单元格Cell_A = traceRectangular (“长度”Cell_Length,“宽度”Cell_Length,．..“中心”, (-Cell_Length / 2 0]);连接馈线和矩形单元格LeftSection = ZA + Cell_A;

使用traceLine对象创建形状S1 s2 s3 s4．使用traceRectangular对象创建形状s5。

减去形状s1、s2、s3、s4和s5从LeftSection．这个操作创造了U-CSRR粒子上的各种槽。可视化LeftSection使用显示函数。

为不同的槽创建形状s1 = traceLine (曾经繁荣的, [-Cell_Length / 2 - 0.2 - -1.9 e - 3 e - 3),．..“角”(-180 -270 0),“长度”(1.75 1.75 3.8 e - 3 e - 3 e - 3),“宽度”0.2 e - 3);s2 = traceLine (曾经繁荣的[-Cell_Length / 2 + 0.2 e - 3 -1.9 e - 3),．..“角”, 90 180] [0,“长度”(1.75 1.75 3.8 e - 3 e - 3 e - 3),“宽度”0.2 e - 3);s3 = traceLine (曾经繁荣的, [-Cell_Length / 2 - 1.2 - -0.2 e - 3 e - 3),．..“角”(-90 0 90),“长度”(0.8 0.8 2.4 e - 3 e - 3 e - 3),“宽度”0.2 e - 3);s4 = traceLine (曾经繁荣的, [-Cell_Length / 2 - 1.2 - 0.2 e - 3 e - 3),．..“角”(90 0 -90),“长度”(0.8 0.8 2.4 e - 3 e - 3 e - 3),“宽度”0.2 e - 3);s5 = traceRectangular (“长度”, 0.2 e - 3,“宽度”, 1.8 e - 3,．..“中心”, (-Cell_Length / 2 0]);%在托管microsotrip线上创建U-CSRR插槽LeftSection = LeftSection -s1 -s2 -s3 -s4 -s5;图;显示(LeftSection);

使用复制，rotateZ,和rotateX方法LeftSection对象创建RightSection．这创建了过滤器的正确部分有另一个U-CSRR承载的传输线。可视化RightSection使用显示功能。

RightSection = (LeftSection)复印件;RightSection = rotateZ (RightSection, 180);RightSection = rotateX (RightSection, 180);图;显示(RightSection);

执行布尔添加对形状的操作LeftSection，RightSection创建一个过滤器．可视化过滤器。

filter = LeftSection + RightSection;显示(过滤器);

定义衬底参数并创建一种电介质用于pcbComponent设计的滤波器。创建一个接地面使用traceRectangular形状。使用pcbComponent创建一个过滤器PCB。将电介质和接地面分配给层属性pcbComponent．分配FeedLocations到进料口的边缘。设置BoardThickness到1.52毫米pcbComponent把滤镜形象化。下面的代码执行这些操作并创建过滤器PCB。

定义基材及其厚度基质=介质(“RO4730JXR”）;衬底。厚度= 1.52 e - 3;%定义底部接地面地面= traceRectangular (“长度”gndL,“宽度”gndW,．..“中心”, (0,0));

使用pcbComponent创建一个过滤器pcb。

pcb = pcbComponent;pcb。BoardShape =地面;pcb。BoardThickness = 1.52 e - 3;pcb。layers ={filter,substrate,ground}; pcb.FeedDiameter = ZA_Width/2; pcb.FeedLocations = [-gndL/2 0 1 3;gndL/2 0 1 3]; figure; show(pcb);

使用网功能，有精细的网格和设置MaxEdgeLength 1毫米。

图;网格(pcb,“MaxEdgeLength”1 e - 3)

使用sparameters函数计算低通滤波器的s参数，并使用rfplot函数。

晶石= sparameters (pcb, linspace (0.1 e9 15 e9 30));图;rfplot(石膏);

由于结果中有四条曲线，我们来分析一下结果。

情节的参数

分析 ${年代}_{12}$ , ${年代}_{11}$ 来理解低通滤波器的行为。

图;rfplot(晶石,1,1);持有在；rfplot(晶石,1 2);持有在；

结果表明，该滤波器具有良好的滤波效果 ${年代}_{21}$ 值接近0 dB和 ${年代}_{11}$ 值小于- 15db之间的宽带频率 $f_{1}$ = 0.1 GHz和 $f_{2}$ = 10.0 GHz。因此，设计的滤波器具有超宽通带响应。对于大于10.8 GHz的频率， ${年代}_{21}$ 值小于-10 dB，表示阻带响应。