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，高通濾波器的衰減特性由相應的低通原型的衰減特性經過適當的變換得出。經過變換之后，低通原型電路就成為由串聯電容和并聯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集中串聯的電容，用并聯的短路短截線或平面螺旋電感去實現集中的并聯電感，它的優點是結構簡單，尺寸較小。但是，在集中參數電路中，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。構成高通濾波器的第二類方法是用分布參數來實現，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分布，從而改變了傳輸線的分布參數模型，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，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。