基于沙漏形人工表面等离激元和交指电容结构的双频滤波器设计

本文提出了一种在共面波导(coplanar waveguide,CPW)上加载沙漏形人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons,SSPPs)和交指电容结构的双通带滤波器.首先,在共面波导传输线上引入了沙漏形SSPP单元结构和交指电容结构,以获得高分数带宽、低插损的通带特性.然后,通过加载交指电容环路谐振器激发陷波,形成双通带滤波器.仿真结果表明,所提出的双通带滤波器具有良好的上边带抑制和双通带滤波性能.两个通带的相对带宽分别为46.8%(1.49—2.40 GHz)和15.1%(2.98—3.63 GHz),可在4.77—7.48 GHz的范围内实现超过—40 dB的抑制,且可通过改变相应的结构参数独立调控两个通带的上、下截止频率.为深入了解双通带滤波器的工作原理,给出了相应的色散曲线和电场分布、LC等效电路分析.最后,根据优化后参数数值,加工出滤波器原型实物.实验结果与仿真结果吻合良好,由此表明提出的双通带滤波器在微波频率的集成电路应用中具有重要意义.

一种新型基于交指电容和微带电感的单层低成本宽带带通滤波器

随着无线通信系统的快速发展,尤其是5G时代的来临,带通滤波器作为射频前端的选频器件被广泛应用于各种系统.近年来,人们对通信的需求日益提升,因此滤波器的小型化、低成本以及高性能等方面的要求成为业内研究的重点.现代工艺技术的发展为带通滤波器的设计提供了多种方法,如使用阶跃阻抗谐振器设计微带带通滤波器、利用互补开环谐振器作为基本谐振单元构造宽带带通滤波器和基于E型双模谐振器设计微带带通滤波器等.然而,这些微带滤波器的尺寸较大,令实现小型化的目标难以实现.由于集总元件具有体积小、成本低、带宽宽、元件间相互作用小等优点,在射频器件设计中发挥着重要作用.相较于基于集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)工艺和低温共烧陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺的带通滤波器,这种单层宽带带通滤波器具有更低的生产成本、更少的损耗限制,以及避免了基于表面贴装器件的成本和制造公差等问题.由于其采用交指电容和微带电感的简单实现方式,该方法所设计的滤波器还具有工艺简单和体积小的优点.基于单层印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺,本文提出了一种新型高选择性宽带带通滤波器.该电路结构对称,由多组对称的串联谐振器构建滤波器通带和带外多零点特性.其中,为了增强阻带的抑制能力和滤波器的频率选择性,添加多对接地的串联谐振器在通带左右两侧各增加一个传输零点,两个传输零点独立控制,互不影响.使用奇偶模分析方法对电路进行分析,以求解传输零点,并给出零点解析式.随后,对带通滤波器的传输零点频率、中心频率、3 dB相对带宽以及品质因数等参数变化进行分析.为了实现小型化和低成本的要求,该电路中的所有集总元件均由交指电容和微带电感实现.交指电容是一种多指周期性结构,具有多个几何变量,如指长、指宽、指间间隙、指端间隙和指数等.这些变量使得交指电容的结构具有较大的自由度,同时也增加了结构优化的难度.同理,微带电感的电感值可通过改变其长度和宽度进行调节.为了验证带通滤波器设计方法的有效性,基于单层PCB工艺,对工作在4.52 GHz的滤波器进行仿真、制造和测量,使用HFSS软件对滤波器整体结构进行优化.所用介质基板为Rogers RO4350B,其相对介电常数为3.66,损耗正切角为0.0037,板厚为1.524 mm.测试结果表明,3 dB相对带宽为38.9%,在中心频率4.52 GHz处插入损耗最小(为1.68 dB),回波损耗优于21.45 dB,谐波抑制水平为7.7~9.4 GHz大于19.6 dB,通带内测试的群时延在0.56~1.2 ns变化.本文展示了一种单层低成本宽带带通滤波器,基于奇偶模电路和解析方程,详细阐述了滤波器的设计原理.该滤波器采用交指电容和微带电感作为集总元件,实现了小型化和低成本.实物测试进一步验证了滤波器的可行性,证明了其性能良好,具有体积小、损耗低、宽频带和选择性好等优点,适用于单层PCB工艺,易于与无线通信系统集成.

一种基于交指电容裂环谐振器的差分微波传感器研究与设计(特邀)

提出了一种基于交指电容裂环谐振器的差分微波传感器。通过把交指电容结构嵌入到裂环谐振器的开口处以增强电场束缚效应,并且为了抑制外界环境因素的干扰,制作成差分结构。差分结构采用两个裂环谐振器分别分布于单根微带线两边的结构形式,谐振器与微带线呈磁耦合效应。该传感器结构可以克服传统微波传感器的低灵敏度和易受外界干扰的问题。在实验中,将一个谐振器作为参考单元,另一个谐振器作为测量单元,待检测液体样本放置于测量交指电容处,随着不同浓度的乙醇-水混合溶液的注入,测量单元的谐振频率相较于参考单元会发生明显的频率偏移和陷波幅值的偏差,由此可以拟合出复数介电常数与它们之间的关系以预测不同浓度的乙醇-水混合溶液的复数介电常数值。实验结果表明:所提出传感器的单位体积平均灵敏度可达3.6308%/μL,比同类型的传感器提高了几倍至几十倍。

交指电容加载槽环天线研究

基于简化复合左右手传输线理论提出了一款新型槽环天线,该天线采用交指电容加载技术,利用加载结构的非线性相移特性降低天线的谐振频率.针对交指电容对天线电性能的影响进行了理论分析与实验测试.理论分析发现,减小交指电容的指间距,可降低天线的谐振频率;测试结果表明:该结构能显著提高天线的电性能:在天线谐振频率降低500MHz的同时,带宽增加了50MHz,交叉极化比提高了8.17dB.

应用交指电容加载环谐振器的微带带阻滤波器

提出了一种交指电容加载环谐振器(IDCLLR),与同尺寸的开环谐振器(SRR)相比,具有更多的设计参数、更低的谐振频率和更大的动态范围,因而使得设计更加灵活、也更适于器件小型化。随后提出两种基于IDCLLR的亚波长微带带阻滤波器结构:第一种是由一对IDCLLR磁耦合到50欧姆微带传输线构成的滤波器,获得0.39%(-10 dB)的窄的阻带;第二种是由一个IDCLLR磁耦合到U形微带传输线中构成的滤波器,由于增强耦合而获得2.4%的较宽且深的阻带。文中给出了它们的全波仿真和测试结果。

人工神经网络和遗传算法在微带交指电容器设计中的应用

将神经网络技术 (ANN)与遗传算法 (GA)相结合对交指电容器 (IDC)进行了分析与设计。采用多层感知器神经网络 (MLPNN)建立了交指电容器的模型 ,并利用遗传算法的全局搜索能力根据实际需要优化设计交指电容器的结构。模型训练样本的S参数由时域有限差分 (FDTD)方法得到。结果证明该方法具有较高的准确性 。

交指电容加载的周期性对称负磁导率人工材料研究

利用二端口网络理论和弗洛奎定理,详细分析了周期性对称磁谐振人工材料的相对布洛赫磁导率与散射矩阵参数的关系,利用这个关系提取了四种形式的开口谐振环布洛赫磁导率.全波仿真和磁导率数值提取结果表明,在开口谐振环的开口处加载交指电容,磁谐振频率将显著降低.这些成果将为提取周期性人工材料的布洛赫磁导率提供理论依据,同时为小型化磁谐振特异人工材料提供新的设计思路.

高阻表面交指形电容设计公式的改进

本文采用保角变换法和电容拼接技术对交指形电容进行精确的计算,对交指形高阻表面光子晶体设计公式进行了改进.该计算模型适用于宽范围的介电常数和介质层厚度,各指长度和缝隙宽度可以不同,并且很容易扩展到多层介质以及有覆盖层的情况.设计了三个光子晶体例子,对其表面波特性进行了模拟和测试,得出交指电容值,证明本文给出的计算公式更准确.

集成电容设计的逆向神经网络建模

结合人工神经网络和电磁仿真,给出了一种用于综合交指电容及Metal-Insulator-Metal(MIM)电容结构参数的方法。基于逆向神经网络,可有效地根据给定频点上的电容值快速准确地综合出其对应的结构参数,从而避免了反复优化的过程。同时,可以由训练好的神经网络参数得到结构参数相对于等效电容的闭式计算公式。数值结果验证了方法的正确性和有效性。

高选择性陷波超宽带天线设计

研究了交指电容环和其对偶结构即互补交指电容环的谐振特性.与一般的谐振结构相比,交指电容环具有较大的等效电容,而互补交指电容环具有较大的等效电感,因此,这两种谐振环能够产生更低的谐振频率和更窄的谐振带宽.将这两种谐振环用于陷波设计,提出了一款具有四陷波特性的小型化超宽带天线.测试结果表明,该天线工作带宽覆盖范围为3~11GHz（电压驻波比小于2）,在3.5、5.2、5.8和7.5GHz处形成了4个尖锐的陷波,避免滤除有用频段造成频谱的浪费.此外,交指电容环与互补交指电容环的加载并不影响工作频段内天线的性能.

一种扩展蘑菇型EBG结构阻带带宽的新方法

该文根据蘑菇型电磁带隙(EBG)结构的等效电路原理提出一种插入交指电容的方法,实现扩宽蘑菇型EBG结构阻带宽度,并设计一种T型交指电容EBG结构验证该方法的有效性。-30 dB时该结构相对于蘑菇型EBG结构,阻带下截止频率从0.9 GHz降到290 MHz,带宽从6.1 GHz提高到7.1 GHz。在不改变EBG结构单元面积,并增加交指单元层数和降低单元厚度的情况下,通过仿真验证该方法可有效提高抑制同步开关噪声的能力。

基于人工传输线的小型微带Wilkinson功分器

提出了一种基于人工传输线的小型微带Wilkinson功分器,该器件使用由LC元件构成的人工传输线取代传统传输线,并使用交指电容和贴片电阻进行端口隔离。设计制作的Wilkinson功分器中心频率为915MHz的微带3dB功分器,等幅同相地将输入功率分配到2个输出端口,尺寸仅有传统Wilkinson功分器的25%,端口幅度平衡度±0.2dB,相位平衡度±1°。实验结果表明:功分器带宽为0.49～1.20GHz,插入损耗小于3.2dB,回波损耗大于10dB,仿真结果和测量结果吻合较好。

微型ICP激发源微电路组件的参数设计

本文简要介绍了一种采用微结构平面螺旋线圈的新的ICP(电感耦合等离子体)光谱激发源。作者设计加工出的基于PCB(印刷电路板)镀金工艺的微型ICP激发源在13.56MHz下成功启燃,并给出了ICP火炬照片。详细介绍了作者研制的微型ICP激发源的平面螺旋电感和交指电容的参数设计方法,给出了设计版图和实物照片,微结构线条宽度和间隙在数百微米量级。展望了平面螺旋电感和交指电容在微型ICP激发源的中的应用前景。

Cat 6网络接口信号完整性设计及分析

介绍了六类线标准(Cat 6)中网络信号在印制电路板(PCB)中的走线设计方法。在六类线标准中带宽达到了250 MHz,比通常使用的五类线标准整整高出了1.5倍,因此随之而来的信号串扰问题也更为严重。本设计采用了微波射频领域中使用的交指电容滤波器,成功地解决了信号串扰问题,并且本文提出了一种在PCB中设计交指电容的全新方法。同时由于没有采用实体电容,有效地降低了PCB的设计成本。最终结合三维高频电磁仿真软件CST对本设计进行了仿真,提高了设计效率和精度[7]。

基片集成波导中的混合左右手结构及其应用

混合左右手传输线是一种应用电路实现的新型人工电磁媒质,具有很多新颖的特性.而基片集成波导作为一种新型传输线具有高Q值和低辐射,在毫米波应用中有很大潜力.本文提出了一种把混合左右手传输线结构和基片集成波导结合的方法,并且研究这种结构在频扫天线中的应用.全波仿真结果验证了所提方法的有效性.

具有良好选择性及带外抑制的小型低通滤波器

本文提出了一种具有良好选择性以及宽带带外抑制的小型低通滤波器结构。滤波器的每一级由一段微带线和交指电容构成。基于对每一级结构的分析,我们可以确定通带的范围。为了进一步提高带外的抑制性,对单级滤波器进行了周期性的级联。通过产生多个带外衰减极点来实现带外的宽带抑制。此滤波器3dB截止频率3.67GHz,带内插损-0.9dB,带内回波损耗低于-13dB。通带到阻带的选择度为160dB/GHz。带外抑制从3.8GHz到13.1GHz低于-20dB。

基片集成波导双极化环形缝隙天线研究

基于基片集成波导(SIW)结构,提出了一种具有高端口隔离度的双极化缝隙天线。天线正面蚀刻一个直径约为λ0/2的环型缝隙作为辐射源,工作于圆形SIW谐振腔的主模TM11;背面中心位置蚀刻微带交指电容,使SIW腔体电尺寸减小了约7%;采用一对正交微带线分别由两个端口为天线馈电。所设计的天线谐振在5.8 GHz频段,–10 d B阻抗带宽为1.7%,最大增益为8.5 d Bi,端口隔离度高于35 d B。测试结果表明,该双极化天线具有高隔离度、高增益的特点,可用于MIMO等无线通信系统中。

Caloz等效参数提取理论修正及仿真验证

针对Caloz教授率先提出的交指电容、短截线电感的复合左/右手传输线实现形式,对其等效参数提取理论进行了修正,并通过实例详细进行了仿真验证及误差分析。正确的等效参数提取为其实际应用提供了理论指导。

平面人工传输线等效集总参数经验公式的研究

平面人工传输线是一款性能良好的新型慢波结构,主要由弯曲线电感、交指电容等微带准集总元件构成。系统研究了弯曲线电感和交指电容的等效集总参数随结构参数变化的规律并给出反映这些规律的经验公式,考虑微带介质基板厚度和介电常数的影响,将所得经验公式进行修正使之适用于不同介质基板厚度和介电常数的情况,将修正的经验公式应用于基于平面人工传输线的威尔金森功分器的设计中。所得经验公式可用来快速、准确地设计平面人工传输线,对其他微带不连续或慢波结构的设计也具有参考意义。

基于涡旋谐振环的人工磁导体的设计与应用

文中提出了一种基于涡旋谐振环的人工磁导体,通过CST电磁仿真软件仿真分析了其同相反射相位特性。利用同相反射特性,将AMC结构用于抑制半波印刷天线后向辐射,取得了良好的效果。最后用交指电容取代AMC结构中谐振环的缝隙电容,降低了其谐振频率,有效解决了AMC结构的大尺寸问题。