王艷紅,李艷茹,文大化
(1.長春理工大學 計算機科學技術學院,長春 130022;2.長春光學精密機械與物理研究所,長春 130033)
韓國學者J.I.Park等人于1999年提出了缺陷接地結構(DGS)[1,2],與EBG結構類似,DGS結構也是通過在電路的襯底介質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結構的微帶線表征出帶阻特性和慢波特性。DGS結構可應用于微波電路各個領域,能使微波電路性能得到大幅提升。與EBG結構相比,DGS結構微帶線優點在于無需建立周期結構即可在某些頻率點產生諧振,提供良好的帶隙特性。
設計了一種DGS結構,如圖1所示。其中基板介電常數為2.2,厚度0.787mm;微帶線寬度w=1.25mm,狹縫寬度g=0.156mm。本文采用譜域法對所設計的DGS結構反射特性進行仿真研究,詳細討論結構參數對中心頻率的影響。
圖1 缺陷接地DGS結構示意圖
其他參數不變,改變尺寸a,分別為1.4mm,2.3mm,3.2mm和4.2mm。DGS結構微帶線傳輸特性如圖2所示,此時,對應的帶隙中心頻率 f0分別為30GHz,38GHz,52GHz和68GHz。由此可見,a 對帶隙中心頻率f0影響較大,并且,隨著a的增加,f0相應降低。
圖2 單元尺寸對頻率的影響
取a=3.2mm,其他參數不變。改變g,分別為0.156mm,0.313mm,0.469mm和0.781mm,DGS結構微帶線傳輸特性如圖3所示,此時,對應的帶隙中心頻率 f0分別為 38GHz,38GHz,39GHz和39G。由此可見,隨著g的增加,f0相應提高。
圖3 g對DGS結構中心頻率的影響
取a=3.2mm,基板介電常數為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結構微帶線傳輸特性如圖4所示。此時,對應的帶隙中心頻率 f0為38GHz。由此可見,微帶線寬度w對帶隙中心頻率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DGS結構中心頻率的影響
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,分別取1.5,2.0,2.2,2.5,2.8和3.0。DGS結構微帶線傳輸特性如圖5所示。此時,對應的帶隙中心頻率 f0分別為 47GHz,40GHz,38GHz,36GHz,34GHz和32GHz。由此可見,介電常數對帶隙中心頻率 f0影響較大,并且,隨著介電常數的增大,f0相應降低。
圖5 基底介電常數對DGS結構頻率的影響
取a=1.09mm,微帶線寬度w=1.25mm,介電常數為2.2,狹縫寬度g=0.156mm。改變介質厚度,分別取0.5mm,0.787mm,1.0mm,1.5mm,2.0mm和2.5mm。DGS結構微帶線傳輸特性如圖6所示。此時,對應的帶隙中心頻率 f0分別為52GHz,40GHz,38GHz,37GHz,36GHz和35GHz。由此可見,介質厚度對帶隙中心頻率 f0影響較大,并且,隨著介質厚度的增加,f0相應降低。
圖6 基底厚度對DGS頻率的影響
本文采用譜域法對設計的DGS進行仿真模擬實驗,詳細討論DGS結構各參數,即單元尺寸a、基板介電常數、基板厚度、微帶線寬度w以及狹縫的寬度g對阻帶特性的影響。
根據仿真結果,單元尺寸a、基板介電常數、基板厚度、以及狹縫的寬度g對帶隙中心頻率影響較大,微帶線寬度w對帶隙中心頻率影響較小。且隨著a的增加,f0相應降低。隨著狹縫寬度g的增加,f0相應提高。隨著微帶線寬度w的增加,f0基本不變。隨著介電常數的增大,f0相應降低。隨著介質厚度的增加,f0相應降低。通過本文的仿真研究,為DGS的設計提供了設計借鑒。
[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.一種適用于雷達罩的頻率選擇表面新單元研究[J].物理學報,2008,57(6):3803-3806.