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一种新颖的小型宽阻带电磁带隙结构

发布时间:2020-07-21 18:06:45 阅读: 来源:试验机厂家

本文引用地址: 引言电磁带隙(electromagnetic bandgap,EBG)结构是一种自然界中并不存在的特殊电磁结构,其具有频率带隙特性、慢波特性、同相反射特性等特殊性能。正是由于具有这些特殊的性能,电磁带隙结构被广泛应用于微波和毫米波领域,应用涉及滤波器、混合器、谐振器、高效放大器、低损慢波线、高性能微波天线等。

在许多应用场合中,需要得到具有宽阻带的小型化EBG结构。早期的EBG结构(如介质打孔、地面缺陷结构等),其周期电长度为半个波长,这给电路和天线的小型化造成了很大困难,此外这些结构还存在不利于加工和封装等缺点。因此,适合于实际应用的小型化宽阻带EBG结构成为了人们研究的重点。提出了一种基于接地Mushroom谐振器的双层EBG结构,虽然它很好地解决了电路的封装问题,但其阻带带宽不足3GHz。采用级联双周期接地Mushroom谐振器结构的方法设计了一种宽阻带EBG结构,阻带宽度达到5.26GHz。

事实上,单个接地Mushroom谐振器在其阻带范围内就具有很高的抑制度,因此可以采用级联不同谐振频率的接地Mushroom谐振器来获得宽阻带。从这种思想出发,本文通过在微带线下方级联具有不同大小贴片的接地Mushroom谐振器得到了宽阻带EBG结构。为了减小EBG尺寸,对EBG结构进行S形弯折处理,得到了S型EBG结构。仿真实验表明,S型EBG结构的20dB阻带宽度在5GHz以上。与双周期级联EBG相比,S型EBG结构的电路尺寸大大减小。

2 接地Mushroom谐振器结构分析

嵌入微带基片的接地Mushroom谐振器结构示意图如图1所示。它分为上下两层,厚度均为h。上层正面为50欧姆微带线,反面将铜皮完全腐蚀;下层正面将铜皮腐蚀后形成边长为a的金属贴片,贴片中心有一个直径为d的导电过孔与接地面相连,反面是完整的金属接地面。金属贴片改变了微带基片内的电场分布,增加了微带线的等效电容,同时金属贴片上的导电过孔会产生额外的电感。由此可以得出接地Mushroom谐振器结构的等效电路,如图2所示。根据等效电路可知,该结构具有带阻特性。

(a)3D模型

(b)侧视图

图1 接地Mushroom谐振器结构

图2 接地Mushroom谐振器的等效电路模型

为了更为直观的展示接地Mushroom谐振器的带阻特性,两层介质均选择介电常数为2.65、厚度为0.8mm的聚四氟乙烯玻璃布板。因此,位于顶层的50欧姆微带线宽度为4mm。导电过孔直径d=0.8mm,金属贴片尺寸a分别为4mm、4.8mm、5.6mm、6.4mm、7.2mm。采用基于有限元法的电磁场仿真HFSS10.0对具有不同贴片大小的接地Mushroom谐振器的谐振特性进行了仿真,结果如图3所示,谐振频率与贴片尺寸的关系如图4所示。

图3 接地Mushroom谐振器谐振特性仿真结果

图4 金属贴片尺寸与谐振频率的关系

由仿真结果可以看出,单个接地Mushroom谐振器在谐振频率附近范围内抑制度均在30dB以上,单个接地Mushroom谐振器单元就具有很好的带阻特性。由图4可知,不同贴片大小的接地Mushroom谐振器具有不同的谐振频率,因此可以采用多单元级联来获得宽阻带的EBG结构。

24 JOIN 表连接

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