本文选用正六边形缺点地上结构单元规划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。经过对其S参数的仿真剖析提取出了相应的等效电路元件值。规划了一款由五个正六边形缺点地上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长处。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以下的带外遏止。滤波器的电磁仿真和其等效电路成果符合。
1 导言
缺点接地结构(Defected Ground Structure，DGS)是微波范畴新近开展的热门之一，它由光子带隙结构(PBG)开展而来。DGS经过在接地板上刻蚀缺点图画，改动接地板上屏蔽电流的散布，然后直接改动传输线的等效电感和等效电容，取得慢波特性和禁带特性。慢波特功可以让微波传输线结构愈加紧凑，而禁带特功可以按捺谐波杂波等无用信号。该技能现已被应用于滤波器规划中，可使滤波器按捺谐波的才能更为杰出。
本文中提出了一种正六边形的地上缺点结构作为DGS根本单元。规划的这个DGS单元结构，其单元等效电路可由RLC并联谐振单元表明，经过改动地上缺点单元的正六边形的面积和狭槽的宽度，可以很简单操控等效电感和电容。然后调整其频率响应特性。本文经过对六边形尺度参数改变的研讨，提出了对应的低通滤波器的等效电路，规划了一个根据五个正六边形DGS的滤波器，在ADS中对等效电路的仿真成果与HFSS中的仿真成果很符合。
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衔接。本文选用介电常数为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构成的等效电感L和中心的狭槽构成的等效电容C组成LC并联的谐振电路的频率响应在特定频点上发生极点。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。这些参数可以经过对该结构进行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，这儿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，调查其谐振频率跟着六边形的边长的改变状况。其间，蚀刻狭槽的长度为s=12 mm,宽度g= 0.2 mm坚持不变，而六边形的边长从1.0 mm到2.5 mm改变，从仿真的成果可以看出，因为DGS图形的中心狭槽长度宽度不变，等效电容根本不变，而其等效电感随正六边形的面积增大而添加[5]。由可得3 dB截止频率下降，LC谐振电路的谐振频率也相应的从6.32 GHz下降为4.43 GHz，如图2所示。
图2 正六边形边长对谐振频率的影响
2.2 低通滤波器规划
如上面的剖析可以看出，正六边形DGS结构可以用来规划低通滤波器或遏止其寄生的旁带。可是该结构也存在一些缺点，如在高频范围内没有满足的遏止，且存在着截止特性缓慢的状况。因而，在单个DGS单元上加上一个H形的并联枝节来添加微带线和正六边形DGS单元之间的耦合电容。这样不只可以最大极限地减小LPF的尺度，而且可以进步LPF的阻带特性。图3(a)是带H形并联支节的DGS单元，(b)是其等效电路。
图3(a)H形支节的DGS单元
图3(b)等效电路
其间，l1 = 2.5 mm,w = 1 mm,a1 = 1.2 mm,d = 1.88 mm。在其它尺度不变的状况下，并联枝节的长度t1从4 mm到10 mm逐步添加，由仿真成果可以看出，跟着l的添加，等效电路的电容也随之添加，然后带外的遏止也跟着进步。而在2.41 GHz的3 dB截止频率并没有平移，仅仅衰减变得更深。并联支节的长度t1为10 mm时相关于4 mm的带外遏止进步了差不多10 dB，如图4所示。
图4 H型开槽长度对谐振频率的影响
为了取得功能杰出的频率响应特性，并进步其带外遏止，有必要添加正六边形DGS单元的数目，在这儿规划的低通滤波器选用五个正六边形DGS单元。其对称结构如图5(a)所示，对应的等效电路如图5(b)所示。
图5 (a)具有五个DGS单元的LPF
图5 (b)等效电路
除了t3之外，其它的参数都经过对单个单元进行剖析而得到。它们的尺度分别为：w = 1 mm，g = 0.2 mm，a1 = 1.15 mm，a2 = 1.05 mm，a3 = 0.95 mm，s1 = 11 mm,s2 = 7.5 mm，s3 = 4 mm，l1 = 2.5 mm，l2 = 7.5 mm，l3 = 12.5 mm，m2 = 5.1 mm，m3 = 10.1 mm，t1 = 11 mm,t2 = 7.5 mm。
图6是选用五个DGS单元的低通滤波器跟着并联支节长度t3的改变的仿真成果。因为并联支节长度添加使得图5(b)所示的等效电容CS3也跟着添加。这样使得带外遏止也随之添加，而且通带到带阻的衰减也变得愈加峻峭。一起咱们也注意到，其带内特性如插入损耗和回波损耗却都有所添加。因而在规划的进程之中有必要统筹通带和阻带这两方面的特性。
图6 LPF频率响应随t3从2mm到6mm改变的仿真成果的比较
经过EM仿真和等效电路的仿真可以得到优化后的低通滤波器特性，当t3= 3 mm时，其仿真成果如图7所示。
图7 LPF的电磁仿真与等效电路仿真成果比较
对应的其等效网络的参数为：C1 = 0.627 pF，C2 = 0.109 pF，C3 = 0.067 pF，L1 = 1.25 nH，L2 = 1.608 nH，L3 = 0.515 nH,R1 = 8.87 kΩ，R2 = 2.39 kΩ，R3 = 1.15 kΩ，CS1 = 1.238 pF，CS2 = 0.927 pF，CS3 = 0.303 pF，LS1 = 1.01 nH，LS2 = 0.802 nH，LS3 = 1.128 nH。
为了验证这个等效电路的正确性，经过ADS对其等效电路进行了仿真。从仿真成果比较可以看出，两者符合较好。关于低通滤波器的频率特性，对应的3 dB截止频率为4.42 GHz,在通带范围内其S11低于-21 dB.而在阻带，从5.5 GHz到10 GHz这个很宽的频带范围内可以得到低于-40 dB的带外遏止。运用H形并联枝节的DGS结构与一般的DGS结构比较在阻带内能取得更高的衰减和谐波遏止，一起完成峻峭的下降特性。
3 定论
文章提出了一种根据正六边形的DGS单元的低通滤波器，而且经过参加H形的并联枝节来添加它的等效%&&&&&%然后进步它的带外遏止。提出了该DGS低通滤波器的等效电路模型。经过对DGS单元的尺度参数剖析得到该低通滤波器的等效电路元件值。规划了一个根据五个正六边形DGS单元的低通滤波器。在HFSS中对其建模仿真的成果跟在ADS中对其等效电路进行仿真的成果进行比较根本共同。截止频率响应十分的峻峭，可以取得低于-21 dB的S11,3 dB的截止频率为4.42 GHz。且在5.5 GHz到10 GHz的宽频带范围内得到低于-40 dB的阻带遏止。
