基于DGS微帶低通濾波器的改進設計

摘要 按照傳統方法設計了一個截止頻率為3 GHz，通帶波紋不大于0．5 dB。利用缺陷地單元(DGS)的帶阻特性對傳統設計方法進行了改進，改進后的濾波器完全滿足設計要求，并使濾波器尺寸大幅減小。
關鍵詞 低通濾波器；DGS單元；微帶線

濾波器是通信系統中重要器件之一，在信號收發裝置中可濾除寄生干擾，實現信道選擇，可選擇性地讓具有某些頻率的信號通過，抑制不需要的率信號，保證通信的準確無干擾，對通信系統的整體性能起著重要作用。目前移動通信和無線通信系統都趨向設備小型化、低能耗、低成本方向發展。隨著微電子工藝的發展，通信系統中許多部件可以集成在一起，惟有濾波器和天線要使用外接獨立元件，濾波器的小型化和集成化顯得尤為迫切。
文中通過分析半圓形缺陷地單元的帶阻特性，提出了一種新的改進方案，用兩個半圓形缺陷地單元代替濾波電路中的電感，使濾波電路中節省了兩個單位單元，使濾波器電路結構緊湊。與傳統方法相比，在保證性能的情況下，外形尺寸減小了40％，更能適應微波器件小型化的趨勢。

1 低通濾波器的設計
微帶線重量輕、體積小、結構簡單、便于集成，廣泛應用于各種通信電路中。文中使用微帶線設計了一個截至頻率為3 GHz的低通濾波器，通帶內波紋為0．5 dB，帶外6 GHz處的衰減≥20 dB。
文中選用5階0．5 dB等波紋的契比雪夫濾波電路，采用的首個元件為并聯電容濾波電路。通過查契比雪夫濾波器電路的參數表可以確定g1=1．703 8，g2=1．229 6，g3=2．504 8，g4=1．229 6，g5=1．703 8。用并聯終端開路、長度為λ0／8的傳輸線替代電容；用終端短路、長度為λ0／8的微帶線代替電感；采用歸一化頻率，通過式

可得傳輸線的阻抗分別為Z1=Z5=0．586 2 Ω，Z2=Z4=1．229 6 Ω，Z1=0．393 6 Ω。采用Kuroda規則進行電路變換，將串聯的兩段終端短路的傳輸線變換為終端開路的傳輸線，再插入單位單元將傳輸線兩兩分開。最后從歸一化變換為50 Ω，即把電路的阻抗擴大50倍。把微帶線的介質厚度設定為1 mm，介電常數設為2．7，根據微帶線的特性阻抗計算公式可以算出各個終端開路的傳輸線寬度和3 GHz頻率的λ0／8的
長度l，計算結果如表1所示，濾波器結構如圖1所示。