0 引言
在微波集成電路中，為了抑制低頻雜散,，通常要使用小型化的高通濾波器,，對于微波集成電路來說，微波高通濾波器一般有兩大類設計方法,，第一類是用集中或半集中的元件實現(xiàn),，高通濾波器的衰減特性由相應的低通原型的衰減特性經(jīng)過適當?shù)淖儞Q得出。經(jīng)過變換之后,，低通原型電路就成為由串聯(lián)電容和并聯(lián)電感構成的集中元件高通濾波器,。在微波集成電路中，可以用交指電容器或薄膜電容器去實現(xiàn)集中串聯(lián)的電容,，用并聯(lián)的短路短截線或平面螺旋電感去實現(xiàn)集中的并聯(lián)電感,，它的優(yōu)點是結構簡單，尺寸較小,。但是,，在集中參數(shù)電路中，這些電感必須靠得很近,，這就不可避免地要產生雜散耦合,，因此集中元件的高通濾波器很難在微波集成電路中實現(xiàn)。構成高通濾波器的第二類方法是用分布參數(shù)來實現(xiàn),，由于傳輸線所固有的多重諧振特性,，它必然存在寄生通頻帶，并只能構成帶通特性,。這種方法實質上是用寬帶帶通濾波器去充任高通濾波器,，即贗高通濾波器。但是對于超寬帶的高通濾波器,，這種方法一般結構比較復雜,，對工藝要求很高。
本文主要針對第二類方法,，利用DGS結構來設計結構簡單,，尺寸較小的超寬帶微波高通濾波器。
1 DGS結構簡介
1987年Yablonovitch E和John S提出周期光子帶隙結構(即PBG),。它在接地板上腐蝕出由一定幾何圖形的單元組成的周期性陣列結構,，用以改變襯底的有效介電常數(shù)分布,，從而改變了傳輸線的分布參數(shù)模型,，在一定頻段內傳播模式也隨之改變,，從而具有帶隙特性。PBG開創(chuàng)了在介質板表面和接地板上同時兼顧的設計概念,，合理地開發(fā)接地板,，極大提高了設計靈活性。但是,，由于PBG結構模型較復雜,，參數(shù)也較繁雜，所以在實踐應用上受到了一定限制,。
1999年,，韓國學者Jong-Im Park，Chul-Soo Kim等人提出一種啞鈴型缺陷地面結構(即DGS),，如圖1所示,，LC電路如圖2所示。

當間隔距離D=1mm時,，3端口的耦合輸出在DC～15 GHz范圍內不大于-20dB,。要增加兩條微帶線的耦合度，一般要求減小間隔距離D,。但是要達到緊耦合,，對加工工藝的要求將會非常高。
在耦合微帶線下方加載DGS結構,，通過改變耦合微帶線介質的有效介電常數(shù)的分布,，從而在微帶下方缺陷地面的“槽”將能量耦合過去。加DGS結構的耦合雙線如圖7所示,，HFSS模型如圖8所示,。

其S13與S14參數(shù)仿真結果如圖9，圖10所示,。

由仿真結果可以看出,，加載DGS結構后，3,，4端口的輸出在2～15 GHz范圍內都大于-20 dB,，在不改變間隔距離D的情況下，S13平均提高約20 dB,。同時注意到S14與S13參數(shù)曲線在整個DC～15 GHz頻段內幾乎一樣,，即由1，2端口間耦合過來的能量在3,，4端口平均分配,，即4端口不再是隔離端口，沒有方向性了,。
此時,，微帶傳播不是TEM波,，在加載DGS結構處甚至不是準TEM波。按照左手理論,，在DGS結構處的等效介電常數(shù)為負值,。因此，由于加載DGS結構導致整個介質基板的有效介電常數(shù)的分布極不均勻,，很難再套用由均勻介質情況推出的奇偶模分析法的結論和公式,。可以近似地把DGS結構看作是在接地板上腐蝕出的“槽線”,，“槽”與一條微帶線正交耦合,，能量通過“槽線”后再耦合到另一條微帶線上，在耦合處向微帶兩側平均傳播能量,，即此時還存在兩條微帶線間通過空間的電磁耦合,，但是很微弱，“槽”耦合占主導地位,。
3 基于DGS的高通濾波器設計
從微帶線的不均勻性角度出發(fā),，兩條耦合微帶的1，3端口本身就具有高通特性,，如圖6所示的S13,，但是由于耦合過于微弱，從而無法形成高通濾波器的通帶,。
基于前面對于加載DGS結構對耦合線的影響,，聯(lián)想到可以通過加強兩微帶間的耦合從而使S13形成高通響應，如圖11所示,。