緊湊正六邊形DGS低通濾波器設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　缺陷接地結(jié)構(gòu)(Defected Ground Structure, DGS)是微波領(lǐng)域新近發(fā)展的熱點(diǎn)之一,它由光子帶隙結(jié)構(gòu)(PBG)發(fā)展而來。DGS通過在接地板上刻蝕缺陷圖案，改變接地板上屏蔽電流的分布，從而間接改變傳輸線的等效電感和等效電容，獲得慢波特性和禁帶特性。慢波特性可以讓微波傳輸線結(jié)構(gòu)更加緊湊,而禁帶特性可以抑制諧波雜波等無用信號(hào)。該技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于濾波器設(shè)計(jì)中,可使濾波器抑制諧波的能力更為突出。

　　本文中提出了一種正六邊形的地面缺陷結(jié)構(gòu)作為DGS基本單元。設(shè)計(jì)的這個(gè)DGS單元結(jié)構(gòu)，其單元等效電路可由RLC并聯(lián)諧振單元表示，通過改變地面缺陷單元的正六邊形的面積和狹槽的寬度，可以很容易控制等效電感和電容。從而調(diào)整其頻率響應(yīng)特性。本文通過對(duì)六邊形尺寸參數(shù)變化的研究，提出了對(duì)應(yīng)的低通濾波器的等效電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于五個(gè)正六邊形DGS的濾波器，在ADS中對(duì)等效電路的仿真結(jié)果與HFSS中的仿真結(jié)果很吻合。

　　2 正六邊形DGS低通濾波器

　　2.1 DGS及其等效電路

　　正六邊形DGS單元結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。在微帶線的下方接地板上蝕刻出2個(gè)對(duì)稱的正六邊形并由一狹槽連接。本文采用介電常數(shù)為3.2，厚度為0.787 mm的基板。其50Ω微帶線長(zhǎng)度d為1.88 mm，微帶線兩旁蝕刻區(qū)域形成的等效電感L和中間的狹槽形成的等效電容C組成LC并聯(lián)的諧振電路的頻率響應(yīng)在特定頻點(diǎn)上產(chǎn)生極點(diǎn)。其有耗等效電路是一個(gè)并聯(lián)諧振RLC電路。如圖1(b)所示，該RLC 電路由一個(gè)等效并聯(lián)電容C，一個(gè)并聯(lián)電感L 以及電阻R 構(gòu)成[7, 8]。這些參數(shù)可以通過對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行EM仿真及以下公式提取出來

(1)

(2)

(3)

　　式中ω0是諧振角頻率;ωc代表3 dB截止角頻率;Z0指?jìng)鬏斁€的特征阻抗，這里Z0為50 Ω。

　　(a)正六邊形的DGS單元

　　(b)等效電路

　　圖1

　　對(duì)圖1(a)的六邊形DGS單元在HFSS中建模進(jìn)行EM仿真，觀察其諧振頻率隨著六邊形的邊長(zhǎng)的變化情況。其中，蝕刻狹槽的長(zhǎng)度為s=12 mm，寬度g= 0.2 mm保持不 變，而六邊形的邊長(zhǎng)從1.0 mm到2.5 mm變化，從仿真的結(jié)果可以看出，由于DGS圖形的中間狹槽長(zhǎng)度寬度不變，等效電容基本不變，而其等效電感隨正六邊形的面積增大而增加[5]。由

　　圖2 正六邊形邊長(zhǎng)對(duì)諧振頻率的影響