引言

隨著通信、電子技術的發(fā)展，被廣泛使用的微波電路朝著集成化、小型化方向不斷發(fā)展。元件尺寸和性能成為衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)等電子系統(tǒng)設計的主要因素。相繼問世的PBG(電磁帶隙)、DGS(缺陷地結構)、SIW(基片集成波導)等新結構為微波電路的設計帶來了新的活力。

光子帶隙結構(PhotonicBandgap,PBG)是一種介質材料在另一種介質材料中周期分布所組成的周期性陣列結構，由于其在某些頻段內具有帶阻特性，所以在微波頻段得到了廣泛應用。然而PBG結構由于其模型復雜、周期性特點導致其物理尺寸較大，所以在實際應用中存在一定困難。在此基礎上，韓國學者JutrSeekPark和Chui-SooKim等人提出缺陷地結構(DefectedGroundStructure-DGS)，DGS是在微帶、共面波導等傳輸線的接地金屬板上刻蝕周期或非周期的各種柵格結構，以改變電路襯底有效介電常數(shù)的分布，從而改變基于該介質上傳輸線的分布電感和分布電容，使此類傳輸線具有帶隙特性和慢波特性。由于DGS的單極點低通特性、慢波效應和高特性阻抗等獨特性能，使得其廣泛應用于微波無源、有源電路、天線等設計當中。

本文首先研究了DGS的基本特性，并在此基礎上設計了一種新型定向耦合器，最后分析研究了缺陷地結構對該耦合器耦合度的影響。

1 DGS的基本結構和特性

傳統(tǒng)的DGS單元為啞鈴型，由兩個正方形和它們之間的一個狹槽構成。圖1所示為一段缺陷地結構(DGS),圖中的虛線部分為刻蝕于介質襯底的背面接地金屬板上的“啞鈴型”DGS結構。它由兩個邊長為的正方形和一個狹縫組成。狹縫的寬度為給g,其高度與微帶線的寬度一致，均為w,圖2給出了該結構的典型頻率響應曲線。由圖2可以看出，DGS結構的微帶線具有高阻特性，能產(chǎn)生明顯的阻帶，該單元可近似等效為一個并聯(lián)的RLC諧振電路，其等效電路如圖3所示。

DGS單元尺寸的變化會引起微帶線的等效電感、電容的變化，從而實現(xiàn)所需的帶阻特性。

2 DGS微帶定向耦合器的分析設計

傳統(tǒng)微帶線定向耦合器為四端口網(wǎng)絡,基本工作原理如圖4所示。當電磁波從端口1輸入時,除了有一部分能量直接從端口2輸出外，通過兩線之間的電磁耦合，還有部分能量從端口3或4輸出。由于電場耦合在副線中向端口3和端口4產(chǎn)生的電壓是等幅同相的，而磁場耦合在副線中向端口3和端口4產(chǎn)生的電壓是等幅反相的。因此，副線中端口4處的電壓是同相疊加，而副線中端口3處的電壓是反向而抵消的，這種定向耦合器稱為反向定向耦合器。