Estudio del comportamiento de una l´ ınea microstrip en presencia de estructuras EBG tipo cruz ´ Angel J. Garc´ ıa-Collado (1) , Gregorio J. Molina-Cuberos (2) , Jos´ e Margineda (2) , Ernesto Mart´ ın (2) ajgarcia@ucam.edu, gregomc@um.es, jmargi@um.es, ernesto@um.es (1) Grupo de Investigaci´ on en Telecomunicaciones Avanzadas. Universidad Cat´ olica San Antonio. Avda. de los Jer´ onimos s/n, Guadalupe, Murcia. (2) Departamento de Electromagnetismo y Electr´ onica. Universidad de Murcia. Campus de Espinardo, Espinardo, Murcia. Abstract— In this work, the existence of electromagnetic band- gaps (EBG) on microstrip transmission lines by including cross- shaped structures are studied in the frequency range of 8-15 GHz and compared with mushrooms type structures. The results show that the new structure behaves as a medium EBG and presents some advantages over mushroom inclusions, such us a double band-gap in the frequency range under study, which is related with its capacitive impedance. Furthermore, the incorporation of more than one row of cross-shaped elements on either side of the microstrip line does not significantly varies the results obtained using a single row, which allows more compact designs. I. I NTRODUCCI ´ ON En los ´ ultimos a˜ nos, ha suscitado en la comunidad cient´ ıfica un gran inter´ es el empleo de estructuras EBG (Electromagnetic Band-gap). Su desarrollo procede del fen´ omeno ´ optico Photo- nic Band-gap (PBG) en estructuras peri´ odicas. Las EBG son estructuras artificiales, generalmente peri´ odicas, que pueden eliminar la propagaci´ on de ondas electromagn´ eticas en una banda de frecuencias espec´ ıfica. El comportamiento de estas estructuras est´ a basado en el conocido efecto de reflexi´ on Bragg, seg´ un el cual la radiaci´ on que sale reflejada de cada una de las celdas que forman la estructura peri´ odica forma un frente de onda en interferencia constructiva. Las estructuras EBG son compactas y presentan interesantes ventajas como la supresi´ on de las ondas de corriente superfi- ciales que tienen lugar en dispositivos electr´ onicos , para los que se requiere alta eficiencia (antenas, filtros, etc.) [1]. La propagaci´ on de las ondas de superficie provoca la aparici´ on de efectos no deseados, especialmente en aplicaciones para comu- nicaciones tales como las antenas y circuitos miniaturizados [2]. En las antenas reducen su eficiencia y su ganancia, limitan el ancho de banda, aumentan la radiaci´ on de tipo endfire, au- mentan los niveles de polarizaci´ on cruzada y limitan el rango de frecuencias aplicable. En la miniaturizaci ´ on de circuitos, las ondas de superficie dan lugar a la aparici´ on de acoplamientos entre los diferentes elementos que los conforman. Recientemente, se ha demostrado que incluyendo insercio- nes met´ alicas en las inmediaciones de una l´ ınea de trans- misi´ on, se puede obtener una estructura peri´ odica EBG con caracter´ ısticas similares, dentro de cierta banda de frecuencias, a una l´ ınea de transmisi ´ on de baja dispersi ´ on, donde las se ˜ nales viajan a una velocidad de fase menor [3]. En este trabajo estudiamos diferentes estructuras EBG y analizamos los efectos de su presencia frente a una l´ ınea de transmisi´ on est´ andar sin ellas. Partimos del an´ alisis de una estructura EBG bien estudiada en la bibliograf´ ıa existente, la conocida como mushroom-like EBG [4], y planteamos variaciones de la misma que mejoran su comportamiento. Analizamos los efectos producidos al a˜ nadir estructuras de tipo mushroom a ambos lados de la l´ ınea y comparamos los resultados con los obtenidos con las estructuras planteadas, que denominaremos de tipo cruz. Llevaremos a cabo este estudio haciendo uso de la herramienta de simulaci´ on num´ erica CST Microwave Studio, que utiliza un algoritmo de integraci´ on con el que se analizar´ an los par´ ametros S de las estructuras peri´ odicas dise˜ nadas. II. PLANTEAMIENTO Y ESTRUCTURAS EBG ANALIZADAS Para llevar a cabo este estudio analizaremos en primer lugar la respuesta de una l´ ınea microstrip est´ andar. Posteriormente, sobre ella y a ambos lados de la misma, incluiremos una o m´ as filas de estructuras EBG. A trav´ es de la obtenci´ on de los par´ ametros S, y especialmente del an´ alisis del par´ ametro de transmisi´ on, se estimar´ a la banda prohibida de las estructuras bajo estudio. El intervalo de banda prohibida de la estructura EBG lo definimos como la regi´ on de frecuencias en la que el par´ ametro S 21 es menor de -10 dB. Trabajaremos en la banda de 8 a 15 GHz para, en un futuro, realizar medidas experimentales que contrasten con las que aqu´ ı se presentan. El estudio de estos medios es f´ acilmente escalable a otras bandas modificando el tama˜ no de los elementos que componen la estructura. La l´ ınea microstrip es construida sobre substrato FR-4 est´ andar (ǫ r = 4.3 y tg(δ) = 0.025, a 10 GHz), de dimensiones 105 x 150 mm, con 2.4 mm de grosor (h) y anchura de pista de 4.5 mm (W) para tener una impedancia caracter´ ıstica Z 0 = 50 Ω, [5]. El grosor de la l´ ınea es de 35 µmy est´ a realizada sobre cobre, Fig. 1 (a). En este trabajo no se emplea la t´ ecnica usual de l´ ınea suspendida [1], [4], sino que la l´ ınea de transmisi´ on queda construida en el mismo substrato que los elementos que constituyen el medio EBG.