微带带阻滤波器设计

    1. 引言

    光子带隙结构（PBG,photonicbandgap）的研究最初主要是在光学的领域，后来发展到了微波和毫米波的电路中。但PBG结构的电路模型复杂，构建困难，影响带隙特性的参数较多。为弥补PBG结构的不足，1999年研究员Park等人联合发现了缺陷地结构（DGS）。并且这种结构也被应用到实际的电路中，比如功率分配器，系统天线和微带结构的滤波器等。DGS也就是在天线的地板上雕刻形成缺陷的各类规则的和不规则的图形结构，这样天线的在地板的电流分布就会被影响，从而可以改变天线的性能，DGS拥有的特性是慢波和带阻特性。与传统滤波器相比DGS滤波器具有结构紧凑、模型简单、频率抑制特性好、易于实现等优点。DGS结构的效果的好坏主要由介质板的介电常数和缺陷单元的几何结构等决定。

    本文在DGS结构的背景下提出了带有DGS的缺陷微带结构(DMS)。DMS结构的特性和原理与DGS结构非常类似。DMS结构的新颖之处在于，能避免器件的地板电流泄露，从而减小对其他器件的影响。而且DMS结构更加易于集成，现在已经得到很广泛的应用。本文利用了HFSS仿真软件分析了DMS微带线的尺寸与频率特性关系。

    2. 蛇形DMS带阻滤波器的设计

    2.1 设计的蛇形DMS性能指标

    本文设计的带阻滤波器的性能指标要求如下表1所示：

    2.2 蛇形DMS的尺寸与频率特性的关系

    2.2.1 理查德变换

    P.Richard为了用开路和短路传输线来综合LC网络就引入了将ω平面映射到Ω平面，它以周期ωl /VP=2π重复出现。如果我们用Ω代替频率变量ω，

    那么我们就可以用电长度为βl和特征阻抗为L的短路短截线代替电感，用βl和特征阻抗为1/C的开路短截线代替电容。设定滤波器阻抗为1。

    原理上说，集总元件滤波器设计中的电感和电容可以用短路和开路短截线取代。因为所有短截线的长度都是相同的（在ωc处是λ/8），所以这种线称为公比线。

    2.2.2 科洛达恒等关系

    为了可以得到在实际上更容易实现的微波滤波器，四个科洛达恒等关系使用冗余传输线段，我们可以使用以下任何方法来完成：

    （1）并联短截线替换串联短截线，串联短截线替换并联短截线。

    （2）不实际的特征阻抗变成一种较易实现的特征阻抗。

    （3）传输线短截线在物理上分隔开。

    附加的传输线段称为单位元件，它在ωc处长度为λ/8，所以单位元件与用于实现原型设计的电感和电容的短截线相对应。根据四个科洛达恒等关系，得出了微带带阻滤波器各个参数值。

    本论文是介绍蛇形DMS的尺寸与频率的特性的关系，以及它在高频段的特性，设计蛇形DMS带阻滤波器。

    微带带阻滤波器的结构：50Ω的微带线，微带线下面是有聚四氟乙烯构成的介质层，介质层下面是接地板。微带线和接地板材料是铜，其表面镀金。在微带线上刻蚀了蛇形槽。扰乱的电流分布改变传输线的特性使得由DMS构成的微带线具有带阻特性和慢波特性。所以增加蛇形DMS微带线的点长度，扰乱传导电流的分布。

    我们首先选取介质料Rogers4350B为衬底的50Ω标准微带线来进行仿真，其中介质板的介电常数为εx=3.66介质板的厚度为h=0.508mm，50Ω微带线宽度为W=4.1mm。其他结构参数：a=11.7mm，b=0.3mm，c=0.4mm。