基于左手传输线滤波器研究

摘要

左手材料由于其独特的电磁特性，近些年已经成为电磁领域热门的研究课题之一。然而，目前对于左手传输线的研究还处于探索阶段，还有很多理论与实践的工作需要补充。本文在对CMOS传输线波导特性进行详细分析的基础上，设计并制作了基于双重行为(Dual-Behavior)谐振器的带通滤波器与右手梳状滤波器，基于左手传输线的双通带滤波器、梳状滤波器与双模滤波器。
　　首先，通过对CMOS工艺中的传统微带传输线与人工合成的互补传导传输线的波导特性的萃取，论证了运用CMOS工艺制作太赫兹滤波器的可行性，并设计制作了基于双重行为谐振器的带通滤波器与右手梳状滤波器。
　　其次，本文提出了一种新型的双通带谐振器，以及基于该谐振器的双通带滤波器。该双通带谐振器由开路的左手传输线与开路右手传输线并联构成，在此谐振器中，开路右手传输线在其四分之波长频率处引入一个传输零点;左手传输线在其电角度小于π/4时，与右手传输线形成并联谐振，引入传输极点;在其电角度为π/4与π/2时分别等效为串联谐振和并联谐振，引入传输零点与传输极点;左手传输线自身的高通波导特性，可以滤除不需要的低频信号。此外，左手传输线具有较大的慢波系数，这极大地缩小了谐振器的尺寸。
　　再次，本文提出了基于左手传输线的梳状滤波器架构。与传统的基于右手传输线的梳状滤波器相比，左手梳状滤波器的谐振器中的左手传输线一侧加载接地电容，而另一侧开路。通过对加载负载电容的左手谐振器的谐振特性、左手谐振器之间的耦合特性、以及左手梳状滤波器的输入/输出耦合结构的系统分析，详细阐述了左手梳状滤波器的设计方法。同时，由于左手传输线的独特波导特性，左手梳状滤波器的寄生通带位于其主通带的低频侧。
　　最后，本文提出了基于左手传输线的双模滤波器架构。该左手双模滤波器工作于负阶谐振模式。左手环形谐振器的谐振频率可以由左手传输线的波导特性、左手传输线单元结构的周期、以及谐振器中所包含的单元结构的数目计算得到。左手环形谐振器的双模特性可以通过调节微扰电容大小、微扰电感长度与插入右手传输线来激发。本文还对左手环形谐振器的电流分布进行了研究。在进行滤波器设计时，为了获得较大的耦合系数，本文将三种微扰方式有机的结合在一起，制作出了具有传统右手双模滤波器很难实现的带宽的双模滤波器。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 左手材料发展历史

1．2．2 复合左右手传输线

1．2．3 复合左右手传输线滤波器

1．2．4 太赫兹技术

1．3 本文创新点与结构安排

第二章 滤波器基本理论

2．1 滤波器基本概念

2．1．1 巴特沃兹响应

2．1．2 切比雪夫响应

2．1．3 椭圆函数响应

2．2 归一化低通原型

2．3 频率与阻抗变换

2．3．1 低通变换

2．3．2 高通变换

2．3．3 带通变换

2．3．4 带阻变换

2．4 耦合谐振器滤波器理论

2．4．1 导抗变换器

2．4．2 包含导抗变换器的低通原型

2．4．3 包含导抗变换器的带通滤波器

2．4．4 导抗变换器的物理实现

2．4．5 耦合矩阵综合

2．5 本章小结

第三章 基于左手传输线双通带滤波器

3．1 基于双重行为谐振器的带通滤波器

3．1．1 基于双重行为谐振器带通滤波器原理

3．1．2 CMOS互补传导传输线

3．1．3 滤波器版图布局

3．1．4 基于互补传导传输线的双重行为谐振器特性分析

3．1．5 太赫兹测试平台

3．1．6 仿真与测试结果

3．2 基于左手传输线双通带滤波器

3．2．1 基于左手传输线双通带谐振器

3．2．2 宽频左手传输线单元结构与其波导特性

3．2．3 基于左手传输线双通带滤波器架构

3．2．4 仿真与测试结果

3．3 本章小结

第四章 基于左手传输线梳状滤波器

4．1 耦合谐振器耦合系数萃取

4．2 外部品质因数萃取

4．3 基于右手传输线梳状滤波器

4．3．1 滤波器结构

4．3．2 滤波器综合

4．3．3 耦合系数与外部品质因数

4．3．4 仿真与测试结果

4．4 基于左手传输线梳状滤波器

4．4．1 左手传输线单元结构与其波导特性

4．4．2 电容加载的左手传输线谐振器

4．4．3 左手传输线梳状滤波器架构

4．4．4 左手传输线谐振器的耦合

4．4．5 左手传输线梳状滤波器输入／输出

4．4．6 左手传输线梳状滤波器综合

4．4．7 仿真与测试结果

4．4．8 寄生通带讨论

4．5 本章小结

第五章 基于左手传输线双模滤波器

5．1 可弯折左手传输线单元结构与其波导特性

5．2 基于左手传输线环形谐振器

5．3 基于左手传输线双模谐振器

5．3．1 电容微扰

5．3．2 电感微扰

5．3．3 右手传输线微扰

5．4 基于左手传输线双模滤波器

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文的主要工作

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢