Электромагнитный фильтр с запрещенной зоной для ультра

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13347 (2023) Цитировать эту статью

304 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Здесь представлена ​​реактивно нагруженная микрополосковая линия передачи со сверхширокой запрещенной зоной. Реактивная нагрузка периодически распределяется по линии электропередачи, которая связана электромагнитно. Реактивная нагрузка представляет собой заплату круглой формы, которая преобразуется в структуру из метаматериала путем внедрения в нее двух концентрических щелевых колец. Патч подключается к заземлению через переходное отверстие. Полученная структура проявляет свойства электромагнитной запрещенной зоны (ЭЗЗ). Размер и зазор между щелевыми кольцами определяют величину реактивной нагрузки. Структура была сначала смоделирована теоретически, чтобы получить представление о характеризующих параметрах. Эквивалентная схема была проверена с использованием полноволнового 3D-электромагнитного (ЭМ) решателя. Результаты измерений показывают, что предлагаемая структура EBG имеет очень острую юбку на уровне 3 дБ и очень широкую запрещенную зону, что существенно больше, чем у любой структуры EBG, о которой сообщалось на сегодняшний день. Подавление запрещенной зоны одиночной элементарной ячейки EBG лучше, чем – 30 дБ, а пятиэлементной элементарной ячейки EBG лучше, чем – 90 дБ. Инновацию можно использовать в различных приложениях, таких как биомедицинские приложения, которые требуют высокой скорости спада и высокой режекции полосы задерживания, что позволяет эффективно использовать ЭМ-спектр. Это может уменьшить защитную полосу и тем самым увеличить пропускную способность канала беспроводных систем.

Микроволновые структуры можно собрать так, чтобы они проявляли характеристики запрещенной зоны электромагнитного поля (EBG)1,2,3. Точнее, структуры EBG являются периодическими и спроектированы таким образом, чтобы предотвращать или обеспечивать распространение электромагнитных (ЭМ) волн в определенном диапазоне частот. Периодические структуры при применении в плоских волноводах ВЧ/СВЧ-линий передачи могут создавать характеристики полосы пропускания или полосы задерживания. Путем правильного выбора размеров и периодичности структуры можно контролировать ЭМ-отклик структуры, чтобы либо передавать, либо подавлять определенные сигналы для распространения через нее1,4. Эта особенность структур EBG делает их привлекательными для применений, требующих электромагнитной защиты, например, медицинского оборудования5,6,7,8,9,10,11,12,13,14.

Свойство EBG можно реализовать, периодически загружая микрополосковую линию передачи резонаторами или создавая щели в заземляющей плоскости диэлектрической подложки под распространяющейся микрополосковой линией или укладывая материалы из разных диэлектриков друг на друга15,16,17. Линия передачи также может отображать свойство EBG, периодически меняя свой импеданс. В работе 9 показано, что сужение профиля низкоомных участков линии передачи позволит устранить пульсации в полосе пропускания, вызванные периодичностью структуры ЭБГ. В работах10,11,12,13,14,15,16,17,18 показано, что ЭБГ можно установить путем размещения под микрополосковой линией коротких микрополосковых участков, напоминающих грибовидные структуры. Другой метод создания ЭБГ — периодическая реактивная нагрузка распространяющейся микрополосковой линии19,20,21,22,23,24. Периодическая реактивная нагрузка снижает фазовую скорость (эффект замедленной волны) по сравнению с обычными линиями. Это увеличивает эффективную емкость и/или индуктивность линии25. В26 для создания периодичности использовалось прямоугольное/синусоидальное изменение ширины микрополосковой линии27. Однако в случае изменения ширины микрополосковой линии требуются более длительные периоды для проявления характеристик ЭБГ, что приводит к более крупной структуре. В другом методе в заземляющую плоскость вводятся периодические дефекты различной формы, в результате чего образуются компактные структуры22,23,24,26. Эти дефектные наземные структуры создают проблемы при упаковке. Альтернативный подход к созданию реактивной нагрузки заключается в использовании закороченных патч-структур под микрополосковой линией27. Реализация этих структур осуществляется путем наложения трех слоев металла. В этой структуре свойство ЭБГ создается периодическим изменением эффективных диэлектрических свойств материала. Эта методология совместима с процессом изготовления монолитных микроволновых интегральных схем (ММИЦ) GaAs/GaN, что делает ее привлекательной для микроволновых и миллиметровых волновых приложений.