新型高Q值U形缺陷地結(jié)構(gòu)帶阻濾波器

　　1999年，韓國(guó)學(xué)者J.I.Park等人在研究光子帶隙(PBG——photonic bandgap)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了缺陷地結(jié)構(gòu)(DGS——defected ground structure)，由于PBG結(jié)構(gòu)往往達(dá)到厘米甚至分米級(jí)，過(guò)大的尺寸使其在要求結(jié)構(gòu)緊湊的微波毫米波組件中的應(yīng)用受到限制，另外PBG結(jié)構(gòu)的電路模型比較復(fù)雜，同時(shí)影響帶隙特性的參數(shù)較多。DGS僅有一個(gè)缺陷單元就可形成阻帶，且電路模型容易建立，因而應(yīng)用更為廣泛，DGS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于功分器、濾波器和功率放大電路等微波電路中。目前應(yīng)用較多的DGS單元是啞鈴形的或者是螺旋形的，均不能滿足窄帶抑制的要求。筆者提出了一種新型的DGS單元，在接地板上刻蝕一個(gè)U形的結(jié)構(gòu)，該DGS可以具有比傳統(tǒng)DGS更高的Q值，通帶的波紋更小且損耗更低。

　　1 新型DGS的特性分析

　　圖1為所提出的U形缺陷地結(jié)構(gòu)，尺寸為l=10mm，c=g=0.4 mm，d=1.0 mm，50 Ω的標(biāo)準(zhǔn)微帶線，介質(zhì)板高度為1.27 mm，εr為10.2，用電磁仿真軟件HFSS 9.2(Ansoft公司)進(jìn)行分析，其S參數(shù)如圖2所示。從圖2中可以看出，S21在3.3 GHz衰減為29.17dB，經(jīng)計(jì)算其Q值為21.3，比Q值通常小于10的啞鈴形和螺旋形缺陷地結(jié)構(gòu)高很多，且通帶的波紋很小。

　　圖3為U形DGS的傳輸特性隨l變化的情況，尺寸d=1.0 mm，c=g=0.4 mm不變，隨著l的增加，帶寬和諧振頻率降低，從表1計(jì)算的Q值可以得出，Q值隨l的變化很小。

　　圖4為DGS的傳輸特性隨g的變化情況，其它尺寸l=10 mm，d=1.0 mm，c=0.4 mm不變，隨著g的增加，諧振頻率降低，在表2中可以看出，隨著槽寬g的增加，Q值減小，當(dāng)g減小時(shí)，等效電容增加，因此Q值增加。

　　圖5為傳輸特性隨d變化的情況，計(jì)算的Q值列在表3中，隨著d的減小，Q值快速增加。這是因?yàn)閐的減小引起了等效電容的快速增加。

　　另外，因?yàn)镈GS的等效電路為并聯(lián)電路，而在并聯(lián)電路中，Q值正比于

　　2 帶阻濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖8為所設(shè)計(jì)的由三個(gè)U形DGS單元級(jí)聯(lián)的帶阻濾波器，其尺寸為l=9 mm，c=g=0.4 mm，d=1.0 mm，微帶線的特性阻抗為50Ω，介質(zhì)板高度h為1.27mm，εr為10.2，金屬導(dǎo)帶的寬度W=1.105 mm，金屬導(dǎo)帶和金屬接地板由銅制成。單元之間的距離a為0.3 mm。

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖9所示，從圖9中可以看出，在通帶內(nèi)波紋小，反射損耗低，從仿真結(jié)果得出Q值為23.2。

　　從實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可以得到，在諧振頻率4.39 GHz處衰減為-32 dB，Q值為35.3。

　　3 結(jié)論

　　提出了一種新型的U形DGS單元，它具有高的Q值，同時(shí)通帶內(nèi)的波紋很小，且損耗低。所設(shè)計(jì)的由三個(gè)U形DGS單元級(jí)聯(lián)的微帶帶阻濾波器，其仿真結(jié)果得到了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(HP8722D)的證實(shí)。測(cè)量結(jié)果表明：新型的DGS單元具有高Q值，在通帶內(nèi)波紋小且損耗低的特性。從上面的結(jié)論可以看出，新提出的DGS單元可以有效地用于各種微波集成電路(MIC)、單片微波集成電路(MMICs)和低溫共燒陶瓷(LTCC)多層微波電路等領(lǐng)域中。