基于正六边形DGS单元的微带低通滤波器设计 滤波器, 六边形, 选择性

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键字：缺陷地面结构(DGS)   低通滤波器   RLC等效电路  
本文采用正六边形缺陷地面结构单元设计了一款新颖的微带低通滤波器,并提出了该滤波器的原型RLC等效电路。通过对其S参数的仿真分析提取出了相应的等效电路元件值。设计了一款由五个正六边形缺陷地面结构单元叠加的低通滤波器,该滤波器具有结构紧凑,选择性较高和低插损等优点。3 dB截止频率为4.42 GHz,在5.5 GHz到10 GHz的频率范围内可得到低于-40 dB以下的带外抑止。滤波器的电磁仿真和其等效电路结果吻合。
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0.787mm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。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





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。



图1(a)正六边形的DGS单元



图1(b)等效电路



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]。由可得3 dB截止频率降低，LC谐振电路的谐振频率也相应的从6.32 GHz降低为4.43 GHz，如图2所示。



图2 正六边形边长对谐振频率的影响