基于微机电系统工艺的微型左右手复合传输线宽带滤波器.pdf

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1、第卷第期机械工程学报Vol.No.年月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING基于微机电系统工艺的微型左右手*复合传输线宽带滤波器11111黄闯，陈迪，靖向萌，陈翔，刘景全，1222朱军，魏文婕，魏泽勇，李宏强1（微米纳米加工技术国家级重点实验室，薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海交通大学微纳科技研究院，上海200040）2（同济大学物理系，上海200092）摘要：设计并采用MEMS工艺加工制备了一种微型左右手复合传输线宽带滤波器。器件主要结构由两条平行的金属蛇形线构成，蛇形线的末端接有金属圆片作为接地单元。蛇

2、形线对产生左右手电感和电容。通过改变蛇形线的单元数目，即可改变器件的工作频率，并且，本复合传输线单周期即可体现左手材料特性。给出了器件的电磁场仿真结果，可以看到在左手频带中磁场沿着与能量相反的方向传输，测试结果得出8单元样品通带范围为0.99GHz至2.09GHz，中心频率为1.54GHz，相对3dB宽度为71.42%。4单元样品通带范围1.84GHz至3.36GHz，中心频率为2.6GHz，相对3dB宽度为58.46%。关键词：左右手复合传输线宽带滤波器左手材料中图分类号：TN603.5且可以构造具有左手特性的电路，成为研究过程中*0前言的一个

3、独特领域。基于传输线方法，新型的微波器件和设计不断被提出，例如耦合器，滤波器，移相[4-6]近来，相对介电常数和磁导率为负的异性材料器和天线等。然而，现有异性结构尺寸大，难于或者左手材料(LHMs：LeftHandedMaterials)，已经实际应用和集成。另一方面，由于周期的不连续性[1-3]成为一个研究热点。1968年前苏联物理学家导致严重的耦合噪声，特别在大的或非常大的集成[7]Veselago对电磁波在介电常数ε和磁导率μ同时为负电路中,周期性的器件需要较大的尺寸。数的介质中的传播特点作过纯理论的研究。1996将左手材料理论用于滤波器设

4、计是左手材料的年，英国皇家科学院的Pendry等人从研究结构材料一个重要应用。现有的左手材料滤波器设计主要是[4，8]的角度出发，提出了用周期性排列的金属条可以在应用左手材料等效电路理论进行设计。对其加微波波段产生负等效介电常数。1999年，Pendry工精度，设计尺寸没有严格的要求。等人进一步提出了用周期性排列的本文提出了一种新的微型左右手复合传输线结开口金属谐振环(Split-RingResonator)可以在微波构，其中并行的两条蛇形线用于产生串联电感和电波段产生负等效磁导率。2000年，美国加州大学圣容。具体的传输特性将在下一节中介绍。采

5、用地亚哥分校Smith等人将金属丝板和SRR板有规律MEMS技术可以使本结构易于制造和集成。我们用地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数电磁场仿真软件得出了电磁场的传播特性，采用和等效磁导率同时为负数的介质。MEMS工艺制备出了一种宽带滤波器，并对其进行在最先提出的缺陷环谐振器和金属线之后，了测试。GeorgeV．Eleftheriades提出了传输线模型，他将传输线中的电感、电容和电阻与左手材料中的Rod和1传输特性分析SRR相对应。这样不仅便于分析LHM的特性，而1.1传输线结构∗上海市科委重点基础研究项目（05JC14061）机械工程

6、学报第卷第期期2图2传输线等效电路图1.3结构分析图1传输线结构图首先研究蛇形线对，蛇形线在同样的空间长度图1给出了传输线结构图。器件介质层相对介上可以获得相对多的电感，在蛇形线对间距和金属电常数εr=2.2，厚度Hd=0.8。输入输出端口微带线层厚度不变的情况下，电容和电感与蛇形线的等效宽度Ws=2.5mm，对应微带线特征阻抗Zo=50Ω。根线长成正比。与传统设计相比，本设计的优势在于据SMA头的焊接需要，Ls=8mm。蛇形线半径及宽可以在增加电容的同时，相对于传统设计更多的增度主要是根据加工的精度进行设计。并联电感长度加串行的电感。现设一变量

7、Δl=2*(Ro+Ri-Lw),其中及金属圆片半径难于应用理论计算，因此，其设计2*(Ro+Ri-Lw)为蛇形线一个周期宽度。由于传统设方法是基于已有的蛇形线半径及宽度，根据实验和计采用插指电容，当通过延长插指长度Δl增加电容仿真结果取值。结构尺寸参数含义及取值如表1所时，对应的等效线长增加约为Δl/N，其中N为插指电示。（为表达方便，用单元表示蛇形线的一组完整的容的指数。这是因为插指电容的电感是插指间并联折叠）的结果。而采用蛇形线设计，在增加一个单元宽度表1参数表Δl时，对应的等效线长增加为2*Ws。按本文中的设参数8单元4单元计增加一个单元时

8、，增加的等效线长与插指电容的（mm）(mm)设计相比，如式（1）。微带长度88LsMI=2*Ws/[(Ro+Ri−Lw/)N](1)微带