紧凑正六边形DGS低通滤波器设计

　　1 引言

　　缺陷接地结构(Defected Ground Structure, DGS)是微波领域新近发展的热点之一,它由光子带隙结构(PBG)发展而来。DGS通过在接地板上刻蚀缺陷图案，改变接地板上屏蔽电流的分布，从而间接改变传输线的等效电感和等效电容，获得慢波特性和禁带特性。慢波特性可以让微波传输线结构更加紧凑,而禁带特性可以抑制谐波杂波等无用信号。该技术现已被应用于滤波器设计中,可使滤波器抑制谐波的能力更为突出。

　　本文中提出了一种正六边形的地面缺陷结构作为DGS基本单元。设计的这个DGS单元结构，其单元等效电路可由RLC并联谐振单元表示，通过改变地面缺陷单元的正六边形的面积和狭槽的宽度，可以很容易控制等效电感和电容。从而调整其频率响应特性。本文通过对六边形尺寸参数变化的研究，提出了对应的低通滤波器的等效电路，设计了一个基于五个正六边形DGS的滤波器，在ADS中对等效电路的仿真结果与HFSS中的仿真结果很吻合。

　　2 正六边形DGS低通滤波器

　　2.1 DGS及其等效电路

　　正六边形DGS单元结构如图1(a)所示。在微带线的下方接地板上蚀刻出2个对称的正六边形并由一狭槽连接。本文采用介电常数为3.2，厚度为0.787 mm的基板。其50Ω微带线长度d为1.88 mm，微带线两旁蚀刻区域形成的等效电感L和中间的狭槽形成的等效电容C组成LC并联的谐振电路的频率响应在特定频点上产生极点。其有耗等效电路是一个并联谐振RLC电路。如图1(b)所示，该RLC 电路由一个等效并联电容C，一个并联电感L 以及电阻R 构成[7, 8]。这些参数可以通过对该结构进行EM仿真及以下公式提取出来

(1)

(2)

(3)

　　式中ω0是谐振角频率;ωc代表3 dB截止角频率;Z0指传输线的特征阻抗，这里Z0为50 Ω。

　　(a)正六边形的DGS单元

　　(b)等效电路

　　图1

　　对图1(a)的六边形DGS单元在HFSS中建模进行EM仿真，观察其谐振频率随着六边形的边长的变化情况。其中，蚀刻狭槽的长度为s=12 mm，宽度g= 0.2 mm保持不 变，而六边形的边长从1.0 mm到2.5 mm变化，从仿真的结果可以看出，由于DGS图形的中间狭槽长度宽度不变，等效电容基本不变，而其等效电感随正六边形的面积增大而增加[5]。由

　　图2 正六边形边长对谐振频率的影响