基于CSRR-HMSIW和紧凑型短路CRLH-TL谐振器的双带滤波器研究

提出了一种基于半模基片集成波导加载互补开口谐振环(CSRR-HMSIW)和紧凑型短路复合左右手传输线(CRLH-TL)谐振器的新型双带滤波器设计方法.根据CSRR-HMSIW结构的传输特性和短路CRLH-TL结构的色散特性,找到一种CSRR-HMSIW和短路CRLH-TL结构间的结合方式.精确设计CSRR的边长,确定CSRR-HMSIW谐振器的谐振频点,在低频段实现以该谐振点为中心频点的第一个通带;精确设计短路复合左右手叉指长度,确定短路CRLH-TL结构的谐振频点,实现以该谐振频点为中心的第二个通带,同时利用两短路CRLH-TL间耦合进一步增强第二通带的传输特性和抑制特性.设计了两个通带的中心频率分别为2.25GHz和2.97GHz,实测插损小于1.9dB和带外抑制达到25dB以上,测试与模拟仿真结果基本一致.

CRLH-TL引领未来多频带小型化低损耗传输新变革

文章从左右手复合传输线(CRLH-TL)的机理出发,以传输特性为依据,阐述了其与传统平面传输线的相位响应区别,揭示了构成的左手传输线(LH-TL)的正向非线性及右手传输线(RH-TL)的负向线性传输特性导致的任意两个频率下四分之波长独特的响应及任意一个频率下的零度响应特征。根据这一原理,论证了不同于传统CRLH-TL而体现高选择性的T形双频带传输线和高设计灵活性的多频带传输网络的优越特性。上述不同结构的传输线分别应用于双频带威尔金森功分器和三频带的吉赛尔功分器两种无源器件的设计,证实了CRLH-TL具有实现多频带、小型化、低损耗传输的优异特性,为CRLH-TL引领未来小型化低损耗传输新变革提供了强有力的理论及实验依据。

基于新型D-CRLH-TL的双频带阻滤波器设计

通过将对称交指螺旋线应用于传统的对偶复合左右手传输线(D-CRLH-TL)结构,改进设计了一种新型的D-CRLH-TL结构。采用全波仿真软件对其电磁特性进行了研究,结果表明:改进结构具有良好的带阻特性,阻带内具有两个相互独立的传输零点,并且整体尺寸减小了30%,有效地实现了小型化。在此基础上,利用所提出的D-CRLH-TL结构设计了一款性能优越的双频带阻滤波器。对所设计滤波器进行实物加工并测试,结果表明所设计的滤波器两个阻带中心频率分别为3.47GHz和5.21GHz,阻带带宽分别为26.8%和10%,能够有效抑制WLAN和WMAX频段对超宽带通信的干扰。同时,相比于传统的带阻滤波器结构,所设计带阻滤波器的整体尺寸为20.9mm×12.6mm(0.24λ×0.15λ),仅为传统结构的50%,小型化优势明显。

新型传输线CRLH-TL的研究

根据传输线的基本理论,结合左手材料的特异性质构造CRLH-TL。系统总结了该传输线的传播特性,并从实际应用的角度给出完整的微带线设计方案。HFSS仿真结果表明,该结构在低频段呈现左手特性,在高频段呈现右手特性,并具有频段宽、损耗低、体积小等特点。

基于CRLH-TL零阶谐振特性的新型串联功分器

结构紧凑的功分器是微波信号分离、阵列天线馈电等应用场合的重要器件。利用混合右／左手传输线（CRLH-TL）来设计小尺寸的串联功分器，并对混合右／左手传输线的色散特性进行理论分析。利用贴片电容和微带线电感设计了一种新的混合右／左手传输线，处于零阶谐振状态的混合右／左手不引入相位偏移且波长为无穷大。基于CRLH-TL的零阶谐振特性设计制作了一个工作在2.45GHz的4路微波功分器。此功分器等幅同相地将输入功率分配到各个输出端口，输出端口位置对功率分配没有影响。使用矢量网络分析仪对该功分器进行了实验测量，结果表明：在2.20～2.65GHz的频率范围内，功分器各输出端口功率相差在1dB内；在2.22～2.56GHz的频率范围内，输出端口的相位差在15°以内。测量结果与仿真结果吻合良好。该微波功分器结构紧凑，可扩展到任意多个输出端口。

CRLH-TL激励源的设置和S参数的提取计算

该文使用两种全波分析法对传统的带阻滤波器和一维复合左右手传输线(Composite Right/left-handed Transmission Line CRLH-TL)进行了数值分析,解决了多端口激励源的设置和多端口S参数提取的两大难点,计算结果分别与FEKO和电路模型等效法的分析结论进行了比较,吻合较好;并通过增加CRLH单元数得出电路模型等效法的不足,不仅验证了此激励源设置和S参数提取的正确性,也得出了CRLH-TL不同于传统右手传输线的一些左手特性,为分析、优化CRLH传输线以及CRLH漏波天线提供了一定的理论支持。

基于CRLH-TL多端口等幅同相馈电网络的小型化设计

将复合左右手传输线(Composite Right/Left-handed Transmission Lines,CRLH-TLs)与传统的右手微带传输线结合起来设计出单端口输出、多端口输出的小型化串联等幅同相馈电网络。采用3端口功分器和阻抗变换器实现等幅馈电;并根据CRLH-TL较大的相位常数特征,对各输出端口的相位差进行补偿,不仅在较宽的频率范围内实现了各输出端口的相位平衡,而且实现了馈电网络的小型化,数值计算结果验证了该馈电网络的等幅、同相及宽带特性,最后将此串联馈电网络应用于传统微带天线阵列中,在保证天线阵列增益的情况下缩小馈电系统的结构,从而验证了本文设计的正确性和实用性。

基于CRLH-TL及CSRR的带通滤波器

首次提出一种复合左右手传输线零阶谐振器及互补谐振环的新型带通滤波器。设计方法利用左右手复合传输线的独有特性,即零阶谐振器中心频率与谐振器长度无关,能在特定非零频率上得到无限波长的特点,来构造环形滤波器,并且地板蚀刻了长方形互补谐振环结构。设计过程中使用了AnsoftHFSS软件进行全波仿真,经过多次仿真,通过调节参数大小优化设计,最终结果得到中心频率为1.85GHz、带宽为0.1GHz的新型带通滤波器。在达到同样效果的前提下,减小尺寸,单个谐振器与传统相比体积减少了近80%,长方形CSRR还提高了传输特性。上述结构的实现对于左手材料在微波器件中的发展有一定的促进作用,进一步扩大了左手材料的应用范围。

液晶媒质电控扫描天线

相较于机械扫描天线而言,电扫描天线,因其波束可控制、扫描速度快等优点,正逐渐取代机械扫描天线。传统漏波天线是一种常见的频率扫描天线,通过复合左右手传输线理论可有效解决传统漏波天线的缺陷。本文介绍了电扫天线的优势、传统漏扫天线存在的问题,鉴于此,通过研究超常媒质电控扫描天线发展现状、漏波天线辐射原理、复合左右手传输线理论,提出液晶可控波导传输线的可行性。

加载新型复合左右手传输线单元的宽带单极子天线设计

提出了一种新颖的一维复合左右手传输线(CRLH-TL)单元,并将其加载到传统微带馈电的单极子天线上,设计出一种宽带的变形单极子天线。该宽带天线工作在1.67~2.67GHz,相对带宽达到了46%,有效地覆盖了DCS(Digital Cellular System,1710~1880MHz)、PCS(Personal Communication Service,1850~1990MHz)、Wi-Fi(Wireless Fldelity,2400~2480MHz)等多个通信频段。首先,利用CRLH-TL的相位补偿效应,结合传统单极子天线的自身谐振,得到多个谐振工作频点;然后,通过参数优化,使得其中的两个工作频点相互靠近形成一个更宽的工作频段,并且在工作频段内获得了较好的增益和稳定的方向图。最后,对所设计的天线进行实物加工并测试,测试结果与仿真结果吻合良好。

基于左右手复合传输线的威尔金森功分器

基于左右手复合传输线(CRLH TL),提出了一种新型并行馈电的Wilkin-son功率分配器。采用奇偶模分析方法证明了在Wilkinson功分器中用左右手复合传输线替代传统传输线的可行性,有效减小了功分器的尺寸。同时利用左右手复合传输线较平滑的相频特性,拓宽了新型左右手复合传输线功分器带宽。实测结果表明:和传统Wilkinson功分器相比,左右手复合传输线功分器带宽能大幅度提高带宽,减小器件面积。另外与串行馈电CRLH功分器相比,由于左右手复合传输线Wilkinson功分器结构对称,各输出端口具有很好的相位一致性,隔离电阻的存在,使其各端口间也拥有较好的隔离度。

X型超宽带复合左右手传输线设计与仿真

基于X型金属结构,提出了一种超宽带复合左右手传输线材料结构单元,该结构单元由介质板及其两侧反向对称的X型金属结构组成。从分布参数电路理论角度对材料单元的左右手特性成因进行了定性分析;利用等效参数提取法,通过S散射参数提取了该结构单元的相对介电常数和相对磁导率,并结合折射率进一步验证了这种左右手传输线材料的传输特性。仿真结果表明,在电磁波平行于介质板入射的情况下,该结构单元同时存在左右手频带,在S波段表现出超宽带的左手特性,并且在其他多频点处得到了零折射率,从而构造了一种正零负复合媒质材料。

基于分形互补开口环谐振器的复合左右手传输线研究

提出了一种基于Minkowski分形互补开口环谐振器(CSRRs)的电小平衡复合左右手传输线(CRLH TL)(单元尺寸为0.074λg).采用理论计算、电磁仿真、等效电路模型计算(电仿真)及有效介质参数提取相结合的方法研究了非平衡CRLH TL传输特性随CSRRs环数、Minkowski环水平迭代因子、垂直迭代因子及迭代次数变化的影响,得出分形、多环结构实现小型化的作用机理.对所设计的电小平衡CRLH TL进行加工测试.仿真、等效电路模型计算以及测试的结果吻合得很好.结果表明与基于传统CSRRs加载的CRLH TL相比,所提出的CRLH TL带宽明显展宽,-10 dB回波损耗相对带宽达到113.7%,具有更低的工作频率.展现了其在超宽带、小型化器件应用的广阔前景.

左手微带传输线在毫米波天线阵中的应用

提出了一种新的左手微带传输线结构.基于这种结构,构建了左-右手混合式天线阵微带馈线,通过控制该馈线中左、右手传输线的长度,可以在特定长度传输线上获得零相位延迟.将此种传输线作为馈线应用到串联馈电的毫米波微带天线阵中.结果表明,利用此种传输线馈电和传统右手传输线馈电相比,可以避免由传统右手馈线在天线激励点之间引入的相位差,从而克服了固有的天线波束偏移.

基于D-CRLH传输线的带阻滤波器

提出了一种新型对偶复合左右手传输线(Dual Composite Right/Left-handed Transmission Line,D-CRLHTL)结构,该结构单元由T型缺陷地(T-shaped defected ground structure,T-DGS)结构以及矩形贴片短截线组成,基于对传输线单元结构传输特性的全波仿真分析,设计了一款带阻滤波器。由于利用了基于T-DGS的D-CRLH传输线,该带阻滤波器具有较小的尺寸和更加陡峭的边沿特性。实验结果和仿真设计结果吻合较好:阻带中心频率为4.15GHz,插入损耗为30dB,3dB带宽为1.9GHz,20dB带宽为1.55GHz。

基于CRLH TL结构的带通滤波器设计与研究

基于复合左右手传输线（CRLH TL）原理,利用微带与共面波导组合的双层介质结构,设计了一种新型带通滤波器.其等效左手电容由金属-绝缘体-金属（MIM）耦合结构提供,等效左手电感由蘑菇型零阶谐振器（MZOR）中的短路通孔实现.通过研究MZOR中U型槽长度变化对滤波器性能的影响得知,该带通滤波器具有结构紧凑,带宽较大,插入损耗较小等优点.HFSS仿真结果显示,滤波器的通带为3.4～7.2 GHz,通带内插入损耗低于-0.5 dB,回波损耗小于-11.5 dB.因此,该滤波器可应用于超宽带无线通信系统.

复合左右手传输线结构漏波天线优化设计

针对目前复合左右手(Composite Right/Left Handed,CRLH)结构漏波天线设计上的难题,提出了一种共面波导(Coplanar Waveguide,CPW)CRLH结构漏波天线的优化设计方法.为了妥善处理元件尺寸带来的寄生效应,基于Matlab软件,开发了一款天线结构参数优化计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)软件,减少了CRLH结构设计过程中反复调试的次数,加快了开发速率.利用该软件和快速遗传算法(Accelerated Genetic Algorithm,AGA),设计了一个小型化CPW-CRLH结构宽带漏波天线,通过仿真计算、制作加工和实验测量,验证了该文设计方法的正确性,为CRLH结构的广泛应用提供了技术支持.

基于Minkowski分形CRLH结构的微带漏波天线

将Minkowski分形理论应用于文献中提出的复合左右手传输线结构,使其带宽从2.78～3.30GHz展宽到2.02～4.53GHz。对新结构色散特性进行分析,给出色散曲线,确认其为平衡结构,并在此基础上设计了一款微带漏波天线。由于复合左右手单元结构具有左手和右手特性,漏波天线可以分别实现后向辐射和前向辐射,在平衡状态下,消除了平衡点附近的阻带效应,平衡点处的群速不为0,有行波传播,天线可产生横向辐射。仿真和测试结果表明,该文所设计的漏波天线工作频段为2.35～3.20GHz,相对带宽为30.6%,且能实现从后向到前向连续辐射,克服了传统漏波天线后向辐射角和前向辐射角不连续的缺点。

利用复合左右手传输线设计任意双频微带分支线定向耦合器

该文对基于复合左右手传输线(CRLH-TLs)的双频技术进行了改进,控制设计参数,使其在任意两个工作频率的相位响应分别为π/2和-π/2,并用它设计了一个可同时工作在0.9GHz和1.8GHz的微带分支线定向耦合器(BLC)。仿真及实验结果表明:若其它参数保持不变,文中给出的双频微带BLC只与工作在0.9GHz的传统单频BLC尺寸相当,比前人利用CRLH-TLs结构实现的双频BLC尺寸显著减小。这在一定程度上解决了双频工作与结构紧凑性之间的矛盾,具有一定的工程应用价值。