[科普中国]-微波平面电路

微波平面电路是介于一维的传输线电路与三维的波导立体电路之间的二维分布参数电路。对称型和非对称型结构的基片边界是开路的，空腔型结构的基片边界是短路的。微波平面电路由分布参数平面传输线、分装式晶体管或无封装管芯、有独立功能的电路芯片、表面贴妆元件等组成的二维微波电路。

概念微波平面电路是介于一维的传输线电路与三维的波导立体电路之间的二维分布参数电路。利用它可以构成不同功能的微波元件，如滤波器、振荡器等。常用的非对称型平面电路（图1）与微带线输入、 输出电路相连，这种电路沿x、y方向的尺寸与波长的数量级相当，而沿z方向的尺寸h远小于波长。因此，输入微带线激励的电磁场在中心导体片与接地板之间的空间里振荡，其电场只有z分量（不计边缘场），磁场平行于xy平面,是TM模(对z而言),且场强仅为x、y的函数,与z无关。此外，还有对称型(图2)和空腔型（图3）两种结构。对称型和非对称型结构的基片边界是开路的，空腔型结构的基片边界是短路的。

由于平面电路的阻抗甚低，容易与半导体二极管匹配,可用作变容管调谐的体效应管振荡器的谐振回路等。

一种应用于微波平面电路的DGS新技术在广泛使用MIC和MMIC技术的微波平面电路设计中，小型化设计研究已经成为一门非常重要的课题。针对这个研究方向，Jong-Sik Lim、 Jun-Seok Park 等人提出了DGS(Defected Ground Structure)结构(非理想地平面结构)，DGS起源于光波领域，是光子带隙结构(PBG)的一种发展形式，它是在微带线等传输线的金属地平面上蚀刻周期性或非周期性的各种栅格形状，以改变传输线的传输特性。DGS结构特性及其在小型化设计中的应用受到了越来越多工程设计人员的重视。其特性主要为：①呈现低通带阻特性；②提高介质的等效介质电常数；③提高传输线的等效电容和电感。DGS结构能够产生很多慢波因子(Slow Wave Factor)，使得插入这种结构的传输线在相同物理长度的情况下，具有比普通传输线更长的电长度，而为了在匹配网络中保持相同的电长度，其物理长度自然就要减短，从而达到小型化的设计要求。

DGS结构简介及其等效电路常规DGS结构，如普遍使用的dum bbell-DGS，其蚀刻的栅格形状类似哑铃，在图 1中显示了单个的DGS单元结构，栅格形状由两个长宽为a、b的矩形和相连距离为w，宽度为g的缝隙组成，缝隙的长度与传输线的宽度等同，而且介质衬底的厚度h和其相对介电常数都是固定的，因此，DGS结构的特性就由矩形面积和缝隙宽度决定。

图2给出了周期DGS结构示意图，每个单元之间的周期间距为s。单元DGS结构的等效电路可以近似为并联LC电路，如图3( a)所示(虚线框格内为DGS结构等效部分)。为了能够直接应用在实际工程电路设计中，需要提取并联LC等效电路的参数。由于单元 DGS结构在某些频率上具有截止频率和衰减极点，可以等效为低通滤波器。通过场分析和等效电路模型的计算比较，两者模拟结果基本一致，说明等效电路在一定频段内可以替代DGS，这样就可以将 DGS等效模型嵌入电路分析和设计软件，进行快速分析由图4可知，在物理长度L相等的情况下，三种传输线的电长度不相等：θ