DGS結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其反射特性的影響

王艷紅，李艷茹，文大化

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130022；2.長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，長(zhǎng)春 130033）

韓國(guó)學(xué)者J.I.Park等人于1999年提出了缺陷接地結(jié)構(gòu)（DGS）［1，2］，與EBG結(jié)構(gòu)類似，DGS結(jié)構(gòu)也是通過在電路的襯底介質(zhì)的接地層上刻蝕出缺陷圖案，以改變電路襯底材料有效介電常數(shù)的分布，從而改變微帶線的分布電感和分布電容，使得具有DGS結(jié)構(gòu)的微帶線表征出帶阻特性和慢波特性。DGS結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于微波電路各個(gè)領(lǐng)域，能使微波電路性能得到大幅提升。與EBG結(jié)構(gòu)相比，DGS結(jié)構(gòu)微帶線優(yōu)點(diǎn)在于無需建立周期結(jié)構(gòu)即可在某些頻率點(diǎn)產(chǎn)生諧振，提供良好的帶隙特性。

1 DGS結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)果

設(shè)計(jì)了一種DGS結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中基板介電常數(shù)為2.2，厚度0.787mm；微帶線寬度w=1.25mm，狹縫寬度g=0.156mm。本文采用譜域法對(duì)所設(shè)計(jì)的DGS結(jié)構(gòu)反射特性進(jìn)行仿真研究，詳細(xì)討論結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)中心頻率的影響。

圖1 缺陷接地DGS結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 單元尺寸a對(duì)頻率的影響

其他參數(shù)不變，改變尺寸a，分別為1.4mm，2.3mm，3.2mm和4.2mm。DGS結(jié)構(gòu)微帶線傳輸特性如圖2所示，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶隙中心頻率 f0分別為30GHz，38GHz，52GHz和68GHz。由此可見，a 對(duì)帶隙中心頻率f0影響較大，并且，隨著a的增加，f0相應(yīng)降低。

圖2 單元尺寸對(duì)頻率的影響

1.2 狹縫寬度g對(duì)頻率的影響

取a=3.2mm，其他參數(shù)不變。改變g，分別為0.156mm，0.313mm，0.469mm和0.781mm，DGS結(jié)構(gòu)微帶線傳輸特性如圖3所示，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶隙中心頻率 f0分別為 38GHz，38GHz，39GHz和39G。由此可見，隨著g的增加，f0相應(yīng)提高。

圖3 g對(duì)DGS結(jié)構(gòu)中心頻率的影響

1.3 微帶線寬度w對(duì)帶隙中心頻率 f0的影響

取a=3.2mm，基板介電常數(shù)為2.2，基板厚度0.787mm，狹縫寬度g=0.156mm。改變微帶線寬度w ，分 別 取 w=0.625mm，0.938mm，1.250mm，1.563mm和1.875mm。DGS結(jié)構(gòu)微帶線傳輸特性如圖4所示。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶隙中心頻率 f0為38GHz。由此可見，微帶線寬度w對(duì)帶隙中心頻率f0影響很小，隨著微帶線寬度w的增加，f0基本不變。

圖4 w對(duì)DGS結(jié)構(gòu)中心頻率的影響

1.4 介電常數(shù)對(duì)頻率的影響

取a=3.2mm，微帶線寬度w=1.25mm，基板厚度0.787mm，狹縫寬度g=0.156mm。改變介電常數(shù)，分別取1.5，2.0，2.2，2.5，2.8和3.0。DGS結(jié)構(gòu)微帶線傳輸特性如圖5所示。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶隙中心頻率 f0分別為 47GHz，40GHz，38GHz，36GHz，34GHz和32GHz。由此可見，介電常數(shù)對(duì)帶隙中心頻率 f0影響較大，并且，隨著介電常數(shù)的增大，f0相應(yīng)降低。

圖5 基底介電常數(shù)對(duì)DGS結(jié)構(gòu)頻率的影響

1.5 介質(zhì)厚度對(duì)頻率的影響

取a=1.09mm，微帶線寬度w=1.25mm，介電常數(shù)為2.2，狹縫寬度g=0.156mm。改變介質(zhì)厚度，分別取0.5mm，0.787mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm和2.5mm。DGS結(jié)構(gòu)微帶線傳輸特性如圖6所示。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的帶隙中心頻率 f0分別為52GHz，40GHz，38GHz，37GHz，36GHz和35GHz。由此可見，介質(zhì)厚度對(duì)帶隙中心頻率 f0影響較大，并且，隨著介質(zhì)厚度的增加，f0相應(yīng)降低。

圖6 基底厚度對(duì)DGS頻率的影響

2 結(jié)論

本文采用譜域法對(duì)設(shè)計(jì)的DGS進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)討論DGS結(jié)構(gòu)各參數(shù)，即單元尺寸a、基板介電常數(shù)、基板厚度、微帶線寬度w以及狹縫的寬度g對(duì)阻帶特性的影響。

根據(jù)仿真結(jié)果，單元尺寸a、基板介電常數(shù)、基板厚度、以及狹縫的寬度g對(duì)帶隙中心頻率影響較大，微帶線寬度w對(duì)帶隙中心頻率影響較小。且隨著a的增加，f0相應(yīng)降低。隨著狹縫寬度g的增加，f0相應(yīng)提高。隨著微帶線寬度w的增加，f0基本不變。隨著介電常數(shù)的增大，f0相應(yīng)降低。隨著介質(zhì)厚度的增加，f0相應(yīng)降低。通過本文的仿真研究，為DGS的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)借鑒。

［1］Park J I，Kim C S，Kim J，et al.Modeling of a photonic bandgap and its application for the low-pass filter design［C］.In Asia-Pacific Microwave Conference，1991（2）：331-334.

［2］Dal A，Park J S，Kim C S，et al.A design of the low-pass filter using the novel microstrip defected ground structure［J］.IEEE Trans.On Microwave Theory and Tech，2001，49（1）：86-93.

［3］李小秋，高勁松，趙晶麗，等.一種適用于雷達(dá)罩的頻率選擇表面新單元研究［J］.物理學(xué)報(bào)，2008，57（6）：3803-3806.