如何增強基本低通濾波器的性能

低通濾波器

低通濾波器是微波和無線設備和系統的重要組成部分。然而，它們在阻帶中受到有限的諧波抑制。微波工程師傳統上使用的一種補救措施是添加衰減極點以擴展阻帶帶寬。不幸的是，這種變通方法通常會增加濾波器的整體尺寸，這無疑是不受歡迎的，并阻礙了對小型化不斷增長的需求。近年來，一種限制阻帶諧波抑制的新技術已在微波工程師中流行起來。這種技術由印刷微帶板接地平面上的蝕刻槽或缺陷組成，稱為缺陷接地結構（DGS）。您實際上可以將 DGS 視為電磁帶隙 （EBG） 結構的簡化形式。

DGS 解決方案

許多作者報告了通過使用 DGS 可以顯著改善各種低通濾波器的頻率響應。我們使用流行的 EMWorks 高頻模擬器 HFWorks 來測試微帶低通濾波器并研究 DGS 在改善微帶低通濾波器頻率響應方面的效率。

濾波器結構如圖 1 所示。它由三個階梯阻抗諧振器和兩個形狀一致的低阻抗短截線組成。

圖 1：低通濾波器的頂面和底面

基本低通濾波器的頻率響應如圖2所示。濾波器的截止頻率約為2.03GHz，20dB抑制水平下的頻率為2.54GHz。

該濾波器的阻帶帶寬為 2.54GHz 至 9.57GHz，抑制水平為 20 dB。

在這個頻率范圍內，S11 接近 0dB，這意味著信號被完全反射。

圖 2：微帶低通濾波器的頻率響應

該濾波器的主要缺點是存在帶外雜散頻率。為了在不影響尺寸的情況下提高基本低通濾波器的性能，使用了有缺陷的接地結構。DGS 有助于實現更寬、更深的阻帶帶寬。它由兩個對稱的 H 形槽組成，蝕刻在濾波器的接地平面上。

圖 3 顯示了修改后的低通濾波器的俯視圖和仰視圖。

圖 3：帶有 H 形 DGS 的過濾器的頂面和底面

添加 DGS 后獲得了良好的選擇性和較寬的阻帶帶寬。圖 4 顯示了添加 DGS 后濾波器的頻率響應。

圖 4：帶 DGS 的微帶低通濾波器的頻率響應

通過使用 DGS，基本微帶低通濾波器的通帶和阻帶特性得到了改善。在 15dB 抑制水平下獲得高達 16.5GHz 的寬阻帶帶寬。具有 H 形 DGS 的濾波器的模擬 3 dB 截止頻率降低到 1.98 GHz。

總結和要點

通過使用 H 形 DGS 諧振器可以增強基本低通濾波器的性能特性，而不會影響濾波器的尺寸。DGS 諧振器在高頻下表現為諧振元件，從而實現更寬、更深的阻帶帶寬。因此，像 HFWorks 這樣的工具對于設計和改進低通濾波器的頻率響應至關重要。