基于IEEE MWCL上一篇论文的报告

基于IEEEMWCL上的一篇题为《DesignandAnalysisofLowPassPlanerMicrowaveFilterUsingLeftHandedSRRStructures》的论文的HFSS仿真验证性试验报告孟子皓14307130173论文题为《DesignandAnalysisofLowPassPlanerMicrowaveFilterUsingLeftHandedSRRStructures》是一篇于2014年发表在IEEEMWCL杂志上的文章DeeptiGupta1,Aneeshaupadhyay2,Manishayadav3,Dr.P.K.Singhal41,2,3HindustanCollegeofScienceandTechnology(HCST),Farah,[e-mail],[e-mail],[e-mail]论文提出的滤波器设计分析：低通滤波器有很多的应用，例如在电子线路中，在音频中，在音障方面以及处理模糊图像方面等都需要用到低通滤波器。该论文分析和设计了阶梯阻抗型截止频率位于2.2GHz的极低损耗的低通滤波器。该滤波器的设计思路是以呈现阶梯阻抗的微带线滤波器为基础，加入SRR结构来改善该滤波器的性能。1.基础低通滤波器部分引用文章原话：“使用特征阻抗不同的微带线来拼接得到阶梯阻抗。在实现滤波器的时候使用长度小于1/4波长的微带线。”“一段开路的微带线等效于电容，而一段短路的微带线等效于电感，通过这样的等效组装出有比较好性能的低通滤波器。”“Theseriesreactanceofthelowimpedancelineandshuntsusceptanceofthehigh-impedancelinesarenotconsideredintheresultofequation4.”在该方程中串联电抗与并联电纳并没有被考虑进去，所以需要对方程进行修正：基础低通滤波器中微带线的参数：基础低通滤波器中微带线的参数：基础低通滤波器中微带线的参数：然后计算除了L,C之外的微带线参数：自此，基础低通滤波器的所有微带线参数都已经被确定。2.SRR结构自从Smith等人利用开口谐振环(SRR)结构第一次在实验室制造出自然界并不存在的左手媒质,SRR就得到人们广泛的关注,并在天线和滤波器设计中得到了广泛的应用,极大地改善了它们的电性能SplitRingResonator(SRR)是一种功能类似于特异性材料的微带线结构，目的是得到需要的磁化率。金属微带线提供负的介电常数，而SRR提供负的电导率。简单的SRR由一对闭合的带开口的环形线组成，而且开口指向不同的方向，一般由无磁性金属比如铜组成。开口谐振环是一种磁性超材料。一对同心的亚波长大小的开口谐振环，可以有效地提高磁导率。为了谐振，我们在每个金属环上开一个缺口，电荷会在二端枳累从而形成电容。这样，这个开口谐振环就类比于一个带有二个电容的谐振电路。SRR结构在其谐振频率附近可以形成负磁导率，起到抑制电磁波的作用，实现带阻滤波。3.组装电路：4.使用HFSS仿真电路首先对基础低通滤波器进行仿真：接着仿真加入SRR结构之后的滤波器：5.与论文中给出结果进行比较“Throughtheanalysis,itwasfoundthattherolloffratehasbeenimprovedwhileinsertionlossisreducedbydesigningSRRonthebasicfilter.Fromtheaboveanalysis,itwasfoundthatthequalityfactorandroll-offratehasimprovedforthemicrostriplowpassfilterusingsteppedimpedancewhenthetwopairofSRRwasdesignedonitwhichwasnotfoundintheabsenceofSRRonthelowpassplanermicrowavefilter.”发现使用HFSS仿真得到的结果与论文中提供的作者自己仿真出来的结果还是有比较大的差别的，最明显的差别在于截止频率的偏移。6.分析仿真结果与论文中给出结果差异的来源：1.鉴于论文作者用于仿真使用的软件为CSTstudiosoftware而我使用的仿真软件为HFSS，我猜测可能是不同的仿真软件在进行仿真的时候处理方式不同，所以最后得到的图像会有差异。2.论文提供的许多参数有效位数都很多，例如W0=3.111843119，而HFSS中输入数据位数有限，所以我只截取了3.11mm来作为宽度，这样势必引起阻抗的变化，对滤波器的滤波特性产生影响。同时由于文章中给出了原理图片，而一些参数在图像上给出的数值与计算结果有出入（例如表征电容与电感的两段微带线的长度）；我选择将图片中的数据代入仿真，应该是经过了近似处理了的，得到的效果都差强人意。3.论文中的基础阶梯阻抗低通滤波器采用的并不是“微带线均取等长，通过改变宽度来实现微带线的输入输出阻抗的改变”；该论文中的微带线的长度都是通过计算得到的。不同段微带线的特征阻抗是不同的；然而我在使用HFSS仿真的时候没有找到设定相应段微带线特征阻抗的方法；虽然在（1）（2）（3）（4）的计算中Z0项能够被约去，但是在修正后的（5）（6）式中特征阻抗的不同将带来影响。由于文中各段微带线的宽度是直接给出的，所以我甚至无法定性得到具体的影响方向。但是从仿真结果来看是很直观的：也就是截止频率变大。Thanksforwatching！