A Novel Low Pass Filter (LPF) Configuration Utilizing Square Complementary Split Ring Resonators

Abstract

У даній роботі запропоновано нову архітектуру низькочастотного фільтра (LPF) на основі КВП (CPW) із використанням квадратних додаткових розщеплених кільцевих резонаторів (CSRR) на економічній підкладці FR4, що спрямована на підвищення ефективності роботи фільтра. Запропонована методика базується на використанні регулярно навантажених метаматеріальних структур. CSRR-структури оптимізовано та періодично інтегровано вздовж центрального провідника лінії CPW, при цьому наземний шар CPW має шунтуючі виступи для розширення смуги пропускання. Результати моделювання показали частоту зрізу на рівні – 4,45 дБ при fc  5,66 ГГц. Спроєктований фільтр характеризується пригніченням у смузі затримки нижче – 20 дБ та мінімальними втратами в смузі пропускання. Оцінка фільтра проводилась за допомогою різних електромагнітних симуляторів, і отримані результати продемонстрували високий ступінь узгодженості між ними. Запропонована структура відповідає вимогам численних стандартів, таких як WiFi, WiMAX, LTE та DCS. Фінальна реалізація фільтра має компактні габарити: 20  7,8  1,6 мм³. Особливість цієї розробки полягає у розширеній смузі відсічення, що вирізняє її серед аналогів. Фільтр є економічно вигідним та сумісним як з пасивними, так і з активними компонентами.

This paper introduces a novel CPW-LPF architecture utilizing square CSRR on an economical FR4 substrate, aimed at enhancing the efficacy of the low-pass filter. The technique employed involves the implementation of regularly loaded metamaterial structures. The CSRRs are systematically optimized and periodically integrated along the central conductor of the CPW line, which features a CPW ground with stubs to enhance bandwidth. Simulation results for this filter indicate a cutoff frequency of – 4.45 dB, corresponding to fc  5.66 GHz. The engineered filter has a stopband rejection of less than – 20 dB and demonstrates minimal insertion loss inside the passband. The suggested filter has been evaluated using various electromagnetic solvers, yielding strong concordance between the two simulation outcomes. The resulting structure is appropriate for multiple application standards, including WIFI, WiMAX, LTE, and DCS. The final low pass filter has compact dimensions, measuring 20  7.8  1.6 mm3 in volume. The uniqueness of this work lies in its extensive rejection band. The suggested filter is economical and readily compatible with both passive and active components.