摘要 按照传统方法设计了一个截止频率为3 GHz，通带波纹不大于0．5 dB。利用缺陷地单元(DGS)的带阻特性对传统设计方法进行了改进，改进后的滤波器完全满足设计要求，并使滤波器尺寸大幅减小。
关键词 低通滤波器；DGS单元；微带线
滤波器是通信系统中重要器件之一，在信号收发装置中可滤除寄生干扰，实现信道选择，可选择性地让具有某些频率的信号通过，抑制不需要的率信号，保证通信的准确无干扰，对通信系统的整体性能起着重要作用。目前移动通信和无线通信系统都趋向设备小型化、低能耗、低成本方向发展。随着微电子工艺的发展，通信系统中许多部件可以集成在一起，惟有滤波器和天线要使用外接独立元件，滤波器的小型化和集成化显得尤为迫切。
文中通过分析半圆形缺陷地单元的带阻特性，提出了一种新的改进方案，用两个半圆形缺陷地单元代替滤波电路中的电感，使滤波电路中节省了两个单位单元，使滤波器电路结构紧凑。与传统方法相比，在保证性能的情况下，外形尺寸减小了40％，更能适应微波器件小型化的趋势。
1 低通滤波器的设计
微带线重量轻、体积小、结构简单、便于集成，广泛应用于各种通信电路中。文中使用微带线设计了一个截至频率为3 GHz的低通滤波器，通带内波纹为0．5 dB，带外6 GHz处的衰减≥20 dB。
文中选用5阶0．5 dB等波纹的契比雪夫滤波电路，采用的首个元件为并联电容滤波电路。通过查契比雪夫滤波器电路的参数表可以确定g1=1．703 8，g2=1．229 6，g3=2．504 8，g4=1．229 6，g5=1．703 8。用并联终端开路、长度为λ0／8的传输线替代电容；用终端短路、长度为λ0／8的微带线代替电感；采用归一化频率，通过式
2 DGS单元
DGS单元是在微带线下方接地金属板上蚀刻两个对称的正方形，中间用狭窄的沟槽相连。这里采用半圆形DGS，该单元可以等效一个串联的并联LC谐振电路，根据微波电路理论可以计算得出等效谐振电路的电容电感如下
式中，ωc为3 dB的截止频率；ω0为阻带的谐振频率；Z0为微带线的特性阻抗。
半圆形DGS单元蚀刻半径的大小和沟槽的宽度不同，等效谐振电路的电容和电感也会产生变化，从而改变DGS的阻带频率。文中使用HFSS10分析DGS单元的半径、沟槽宽度和阻带频率的关系。
2．1 DGS单元的半径和阻带频率的关系
保持沟槽宽度W=0．3 mm不变，使DGS单元的半径在2～4 mm以步长0．5 mm变化，分析DGS单元的S21参数。如图2所示，随着半径的不断增大，DGS的阻带频率不断降低。这是因为随着半径增大，等效谐振电路的电感也增大，致使DGS的阻带频率降低。
2．2 DGS单元沟槽宽度及阻带频率关系
保持半径R=3 mm不变，使沟槽宽度从0．2～0．5 mm以步长0．1 mm增大，分析DGS单元的S21参数。如图3所示，随着沟槽宽度的增大，DGS的阻带频率不断增大。
从上述分析可知，半圆型DGS的谐振频率与半径R和槽道宽度W有关。谐振频率与半径R成反比，与槽道宽度W成正比。可以通过改变DGS的缺陷半径和槽道宽度改变等效电感和等效电容，从而改变谐振频率来实现所需的特性。
3 低通滤波器的改进和仿真
文中设计思路是用DGS单元替代传统低通滤波器的电感，利用DGS单元的带阻特性能抑制高次谐波，拓宽滤波器的阻带宽度。同时，可以减少传统设计方法的单位单元，有效减小滤波器的尺寸。改进的滤波器结构如图4所示。利用HFSS10的仿真优化功能，可以确定各传输线和DGS单元的尺寸如表2所示。其中缺陷地单元的槽宽W为0．3mm，半圆半径R为3．27mm。
使用HFSS10对改进前后的滤波器进行仿真计算，改进前后滤波器的S参数如图5和图6所示，对比图5和图6可以发现，改进后滤波器与传统方法设计的滤波器在性能方面没有明显差异，验证了滤波器改进方法的可行性。
4 结束语
文中按照传统方法设计了一个截止频率为3 GHz的低通滤波器，利用DGS的带阻特性，有效滤除了高次谐波，对传统低通滤波器的设计进行了改进，在保证滤波器性能的前提下减小了滤波器的尺寸。对比前后的尺寸可以看出，由7．9cm减小到4．56cm，尺寸减小了40％。
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