1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家VESELAGO從Maxwell方程出發(fā)分析了電磁波在介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ同時(shí)為負(fù)的介質(zhì)中的傳播特性[1]，即電磁波在這種物質(zhì)中傳播時(shí)電場(chǎng)E、磁場(chǎng)H和波矢量k成左手關(guān)系，定義這種材料為左手材料LHMs(Left Hand Materials)。1996年和1999年，英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的PENDRY教授分別提出導(dǎo)體桿(Wires)[2]和開(kāi)口諧振環(huán)SRRs(Split Ring Resonator)[3]來(lái)分別實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)ε和負(fù)磁導(dǎo)率μ。2001年，美國(guó)加州大學(xué)的SMITH D R等人，通過(guò)組合導(dǎo)體桿和開(kāi)口諧振環(huán)陣列[4]，首次構(gòu)造出了微波頻段ε和μ同時(shí)為負(fù)的左手材料，取得了突破性進(jìn)展。復(fù)合左右手傳輸線可以視為左手材料基于電路理論的實(shí)現(xiàn)形式，由CALOZ等人于2002年提出[5]。其左手傳輸線等效電路是由串聯(lián)電容與并聯(lián)功率電感構(gòu)成，實(shí)際電路形式為交指電容和短截線電感。由于寄生參數(shù)效應(yīng)，其等效電路會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)電感與并聯(lián)電容，而串聯(lián)電感與并聯(lián)電容構(gòu)成傳統(tǒng)的右手傳輸線。因此理想左手傳輸線并不存在，而是以復(fù)合左右手傳輸線的形式存在。
通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用帶通濾波器來(lái)抑制寄生信號(hào)。隨著微波毫米波技術(shù)的快速發(fā)展，通信系統(tǒng)對(duì)微波濾波器提出了更高的性能要求，例如小型化、低插入損耗、高阻帶衰減。而
復(fù)合左右手傳輸線，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于濾波器領(lǐng)域。作為一般微波器件，基于其零階諧振特性，其尺寸可以突破二分之一工作波長(zhǎng)的限制。近來(lái)，這種傳輸線已經(jīng)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波器的小型化[6]。其電路形式除交指電容和短截線電感之外，還有平面蘑菇形式[7]、過(guò)孔蘑菇形式[8]以及互補(bǔ)諧振環(huán)與開(kāi)縫微帶線組合的形式[9]等。其中大多數(shù)是以模仿左手傳輸線等效電路中的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感的形式而實(shí)現(xiàn)的。本文基于左手傳輸線等效電路，提出了一種新型的基于復(fù)合左右手傳輸線理論的諧振器，并且利用兩個(gè)這樣的諧振單元，構(gòu)造了一種工作于9.2GHz~9.5GHz的帶通濾波器，可應(yīng)用于搜救雷達(dá)頻段。與傳統(tǒng)的耦合微帶線形式的帶通濾波器相比，在兼顧性能的前提下，其實(shí)際占用尺寸縮小了80%。并且通過(guò)將基于有限元的HFSS全波仿真結(jié)果與基于矩量法的ADS仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)比，分析了該小型化濾波器的性能。
1 耦合微帶線濾波器設(shè)計(jì)
作為復(fù)合左右手傳輸線對(duì)微波濾波器的小型化對(duì)比，以用于搜救雷達(dá)的帶通濾波器為例。該帶通濾波器采用耦合微帶線形式，通帶范圍是9.2GHz~9.5GHz，中心頻率9.35GHz，相對(duì)帶寬0.03，與50Ω阻抗匹配。介質(zhì)基板為F4B，相對(duì)介電常數(shù)2.65，厚度1mm，損耗正切0.0019。為了獲得較陡峭的阻帶衰減，采用5級(jí)耦合微帶線結(jié)構(gòu)。通過(guò)ADS優(yōu)化仿真，將優(yōu)化結(jié)果導(dǎo)入到電路版圖，尺寸標(biāo)注如圖1所示。圖插件電感2是電路仿真結(jié)果，對(duì)電路版圖產(chǎn)生的仿真結(jié)果沒(méi)有進(jìn)一步微調(diào)，目的是獲得該條件下耦合微帶線濾波器的一般尺寸即可，從而與基于復(fù)合左右手傳輸線原理構(gòu)成的小型化濾波器的尺寸對(duì)比。
