DGS结构参数对其反射特性的影响
2014-12-07王艳红李艳茹文大化
王艳红，李艳茹，文大化
（1.长春理工大学 计算机科学技术学院，长春 130022；2.长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033）
韩国学者J.I.Park等人于1999年提出了缺陷接地结构（DGS）［1，2］，与EBG结构类似，DGS结构也是通过在电路的衬底介质的接地层上刻蚀出缺陷图案，以改变电路衬底材料有效介电常数的分布，从而改变微带线的分布电感和分布电容，使得具有DGS结构的微带线表征出带阻特性和慢波特性。DGS结构可应用于微波电路各个领域，能使微波电路性能得到大幅提升。与EBG结构相比，DGS结构微带线优点在于无需建立周期结构即可在某些频率点产生谐振，提供良好的带隙特性。
1 DGS结构及仿真结果
设计了一种DGS结构，如图1所示。其中基板介电常数为2.2，厚度0.787mm；微带线宽度w=1.25mm，狭缝宽度g=0.156mm。本文采用谱域法对所设计的DGS结构反射特性进行仿真研究，详细讨论结构参数对中心频率的影响。
图1 缺陷接地DGS结构示意图
1.1 单元尺寸a对频率的影响
其他参数不变，改变尺寸a，分别为1.4mm，2.3mm，3.2mm和4.2mm。DGS结构微带线传输特性如图2所示，此时，对应的带隙中心频率 f0分别为30GHz，38GHz，52GHz和68GHz。由此可见，a 对带隙中心频率f0影响较大，并且，随着a的增加，f0相应降低。
图2 单元尺寸对频率的影响
1.2 狭缝宽度g对频率的影响
取a=3.2mm，其他参数不变。改变g，分别为0.156mm，0.313mm，0.469mm和0.781mm，DGS结构微带线传输特性如图3所示，此时，对应的带隙中心频率 f0分别为 38GHz，38GHz，39GHz和39G。由此可见，随着g的增加，f0相应提高。
图3 g对DGS结构中心频率的影响
1.3 微带线宽度w对带隙中心频率 f0的影响
取a=3.2mm，基板介电常数为2.2，基板厚度0.787mm，狭缝宽度g=0.156mm。改变微带线宽度w ，分 别 取 w=0.625mm，0.938mm，1.250mm，1.563mm和1.875mm。DGS结构微带线传输特性如图4所示。此时，对应的带隙中心频率 f0为38GHz。由此可见，微带线宽度w对带隙中心频率f0影响很小，随着微带线宽度w的增加，f0基本不变。
图4 w对DGS结构中心频率的影响
1.4 介电常数对频率的影响
取a=3.2mm，微带线宽度w=1.25mm，基板厚度0.787mm，狭缝宽度g=0.156mm。改变介电常数，分别取1.5，2.0，2.2，2.5，2.8和3.0。DGS结构微带线传输特性如图5所示。此时，对应的带隙中心频率 f0分别为 47GHz，40GHz，38GHz，36GHz，34GHz和32GHz。由此可见，介电常数对带隙中心频率 f0影响较大，并且，随着介电常数的增大，f0相应降低。
图5 基底介电常数对DGS结构频率的影响
1.5 介质厚度对频率的影响
取a=1.09mm，微带线宽度w=1.25mm，介电常数为2.2，狭缝宽度g=0.156mm。改变介质厚度，分别取0.5mm，0.787mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm和2.5mm。DGS结构微带线传输特性如图6所示。此时，对应的带隙中心频率 f0分别为52GHz，40GHz，38GHz，37GHz，36GHz和35GHz。由此可见，介质厚度对带隙中心频率 f0影响较大，并且，随着介质厚度的增加，f0相应降低。
图6 基底厚度对DGS频率的影响
2 结论
本文采用谱域法对设计的DGS进行仿真模拟实验，详细讨论DGS结构各参数，即单元尺寸a、基板介电常数、基板厚度、微带线宽度w以及狭缝的宽度g对阻带特性的影响。
根据仿真结果，单元尺寸a、基板介电常数、基板厚度、以及狭缝的宽度g对带隙中心频率影响较大，微带线宽度w对带隙中心频率影响较小。且随着a的增加，f0相应降低。随着狭缝宽度g的增加，f0相应提高。随着微带线宽度w的增加，f0基本不变。随着介电常数的增大，f0相应降低。随着介质厚度的增加，f0相应降低。通过本文的仿真研究，为DGS的设计提供了设计借鉴。
［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，高劲松，赵晶丽，等.一种适用于雷达罩的频率选择表面新单元研究［J］.物理学报，2008，57（6）：3803-3806.
