如何增强基本低通滤波器的性能

低通滤波器

低通滤波器是微波和无线设备和系统的重要组成部分。然而，它们在阻带中受到有限的谐波抑制。微波工程师传统上使用的一种补救措施是添加衰减极点以扩展阻带带宽。不幸的是，这种变通方法通常会增加滤波器的整体尺寸，这无疑是不受欢迎的，并阻碍了对小型化不断增长的需求。近年来，一种限制阻带谐波抑制的新技术已在微波工程师中流行起来。这种技术由印刷微带板接地平面上的蚀刻槽或缺陷组成，称为缺陷接地结构（DGS）。您实际上可以将 DGS 视为电磁带隙 （EBG） 结构的简化形式。

DGS 解决方案

许多作者报告了通过使用 DGS 可以显着改善各种低通滤波器的频率响应。我们使用流行的 EMWorks 高频模拟器 HFWorks 来测试微带低通滤波器并研究 DGS 在改善微带低通滤波器频率响应方面的效率。

滤波器结构如图 1 所示。它由三个阶梯阻抗谐振器和两个形状一致的低阻抗短截线组成。

图 1：低通滤波器的顶面和底面

基本低通滤波器的频率响应如图2所示。滤波器的截止频率约为2.03GHz，20dB抑制水平下的频率为2.54GHz。

该滤波器的阻带带宽为 2.54GHz 至 9.57GHz，抑制水平为 20 dB。

在这个频率范围内，S11 接近 0dB，这意味着信号被完全反射。

图 2：微带低通滤波器的频率响应

该滤波器的主要缺点是存在带外杂散频率。为了在不影响尺寸的情况下提高基本低通滤波器的性能，使用了有缺陷的接地结构。DGS 有助于实现更宽、更深的阻带带宽。它由两个对称的 H 形槽组成，蚀刻在滤波器的接地平面上。

图 3 显示了修改后的低通滤波器的俯视图和仰视图。

图 3：带有 H 形 DGS 的过滤器的顶面和底面

添加 DGS 后获得了良好的选择性和较宽的阻带带宽。图 4 显示了添加 DGS 后滤波器的频率响应。

图 4：带 DGS 的微带低通滤波器的频率响应

通过使用 DGS，基本微带低通滤波器的通带和阻带特性得到了改善。在 15dB 抑制水平下获得高达 16.5GHz 的宽阻带带宽。具有 H 形 DGS 的滤波器的模拟 3 dB 截止频率降低到 1.98 GHz。

总结和要点

通过使用 H 形 DGS 谐振器可以增强基本低通滤波器的性能特性，而不会影响滤波器的尺寸。DGS 谐振器在高频下表现为谐振元件，从而实现更宽、更深的阻带带宽。因此，像 HFWorks 这样的工具对于设计和改进低通滤波器的频率响应至关重要。