ارائه یک دیپلکسر مایکروویوی بسیار کوچک با استفاده از موجبرهای مجتمع شده در زیر لایه‌ مبتنی‌بر ساختارهای چپ‌گرد-راست‌گرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه ولی‌عصر(عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران

چکیده

در این مقاله، یک دیپلکسر مایکروویوی با ابعاد بسیار کوچک با استفاده از ساختارهای موجبری مجتمع شده در زیر لایهو بر پایه ساختارهای فراماده برای کاربردهای WLANو WiMAX ارائه شده است. دیپلکسر پیشنهادی با ترکیب دو فیلتر میان‌گذر که در باندهای فرکانسی مربوط به فرستندگی و گیرندگی آنتن کار می‌کنند، طراحی شده است. اساس کار دیپلکسر پیشنهادی بر پایه روش مد میرا شوندهبنا نهاده شده است. به منظور کاهش ابعاد ساختار پیشنهادی، در طراحی فیلترهای استفاده شده در دیپلکسر، از موجبرهای مجتمع شده در زیر لایه نصف شدهاستفاده شده است. برای کاهش بیشتر ابعاد دیپلکسر طراحی شده، از ساختارهای چپ‌گرد-راستگرد استفاده شده است. زمانی که موجبر زیر فرکانس قطع خود کار می‌کند، ε ساختار منفی می‌شود بنابراین ثابت انتشار (k) در فرکانس‌های زیر فرکانس قطع موجبر یک عدد موهومی خواهد شد که در این صورت از انتشار موج جلوگیری می‌شود. از این‌رو، به این حالت مد میرا شونده یا مد محو شونده گفته می‌شود. از آن‌جایی که مکمل حلقه‌های تشدیدی شکاف‌دار فرکتال اساساً مانند یک دوقطبی الکتریکی عمل می‌کنند، بنابراین، قادر خواهند بود در یک محدوه فرکانسی محدود ε منفی تولید نمایند. حال چنان‌چه از FCSRR‌ها در ساختارهای موجبری مجتمع‌شده در زیر لایه و در زیر فرکانس قطع آن‌ها استفاده شود، FCSRR‌ها توانایی آن را دارند که در یک محدوه فرکانسی محدود علامت ε اصلی ساختار را معکوس کنند. بر همین اساس با حک کردن FCSRR‌ها روی سطح موجبر، ε منفی اصلی ساختار در زیر فرکانس قطع موجبر به ε مثبت تبدیل خواهد شد.  بنابراین، انتشار موج جلو رونده خواهیم داشت. بر همین اساس و بر پایه روش مد میرا شونده، یک دیپلکسر مایکروویوی در فرکانس‌های  GHz 4/2 و GHz 5/3 طراحی شده است. ابعاد دیپلکسر پیشنهاد شده برابر gλ 09/0 × gλ 30/0 است. دیپلکسر پیشنهادی دارای خصوصیاتی هم‌چون ابعاد بسیار کوچک، تلفات بسیار کم، ایزولاسیون مناسب و طراحی آسان می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Miniaturized Half-Mode Substrate Integrated Waveguide Diplexer based on FCSRR Unit-Cell

نویسنده [English]

  • Mostafa Danaeian
Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Wali Asr University, Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
چکیده [English]

In this paper a miniaturized diplexer for WLAN and WiMAX applications is presented, based on half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW) technology by loading a novel metamaterial unit-cell. The proposed metamaterial unit-cells are called fractal open complementary split-ring resonators (FCSRRs). The proposed FCSRRs behave as electric dipoles if appropriately stimulated, and are able to generate a forward-wave passband region below the cutoff frequency of the waveguide structure. The electrical size of the proposed FCSRRs unit-cell is smaller than the conventional CSRRs unit-cell. Therefore, the FCSRR unit-cell is a good candidate to miniaturize the SIW structure. The proposed diplexer has been designed by cascading two bandpass filters with different center frequencies. The HMSIW bandpass filters are implemented by etching two FCSRR unit-cells with different sizes. The design procedure is based on the theory of evanescent mode propagation in which the FCSRR unit-cells behave as electric dipoles. A forward-wave passband below the intrinsic cutoff frequency of the HMSIW structure has been achieved by loading the FCSRR unit-cells on the metal surface of the HMSIW structure. This proposed diplexer displays high selectivity and compact size by using sub-wavelength resonators. The designed diplexer has been fabricated and experimental verifications have been provided. The measured results are in a good agreement with the simulated ones. The total size of the proposed diplexer is about 0.30 λg × 0.09 λg. The proposed diplexer shows significant advantages in terms of size reduction, low loss, high selectivity, high Q-factor, easy bandpass frequency shifting, easy fabrication and easy integration with other planar microwave circuits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW)
  • electric dipoles
  • evanescent-mode
  • fractal complementary split-ring resonators (FCSRRs)
  • bandpass filter
  • microwave diplexer
  • miniaturization

مراجع

   [1]      K. Wu, "Integration and Interconnect Techniques of Planar and Nonplanar Structures for Microwave and    Millimeter-Wave Circuits Current Status and Future Trend," Proc Asia–Pacific Microwave Conf 2001, Taipei, Taiwan, pp. 411–416, December 2001.
   [2]      D. Deslandes and K. Wu, "Integrated Microstrip and Rectangular Waveguide in Planar Form," IEEE Microwave Wireless Component Letter 11, pp. 68–70, 2001.
   [3]      D. Deslandes and K. Wu, "Single-Substrate Integration Technique of Planar Circuits and Waveguide Filters," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 51, pp. 593-596, 2003.
   [4]      K. Wu, D. Deslandes, and Y. Cassivi, "The Substrate Integrated Circuits– a New Concept for High-Frequency Electronics and Optoelectronics," in Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6th International Conference on, pp. P-III-P-Xvol1, 2003.
   [5]      M. Bozzi, L. Perregrini, K. Wu, and P .Arcioni, "Current and Future Research Trends in Substrate Integrated Waveguide Technology," Radioengineering, vol. 18, pp. 201-209, 2009.
   [6]      D. Deslandes and W. Ke, "Accurate Modeling, Wave Mechanisms, and Design Considerations of a Substrate Integrated Waveguide," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 54, pp. 2516-2526, 2006.
   [7]      D. Yuandan and T. Itoh, “Substrate Integrated Waveguide Loaded by Complementary Split-Ring Resonators for Miniaturized Diplexer Design,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 21, no. 1, pp. 10–12, Jan. 2011.
   [8]      S. Sirci, J. D. Martinez, J. Vague, and V. E. Boria, "Substrate Integrated Waveguide Diplexer Based on Circular Triplet Combline Filters," IEEE Microwave and Wireless Components Letters 25, no. 7, pp.   430-432, 2015.
   [9]      G.-L. Alejandro, S.-P. Magdalena, and S. H. Yeung, "SIW Compact Diplexer," In 2014 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS2014), IEEE, pp. 1-4, 2014.
[10]      Z. Cheng, C. Fumeaux, and C. Chew Lim, "Substrate Integrated Waveguide Diplexers with Improved Y Junctions," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 58, no. 6, pp. 1384-1388, 2016.
[11]      M. Rezaee and A. R. Attari, "A Compact Substrate Integrated Waveguide Diplexer Using Dual Mode Resonator as a Junction for System in Package Applications," Electromagnetics, vol. 37, no. 2, pp. 92-105, 2017.
[12]      H. Zhang, W. Kang, and W. Wu. "Design of a Miniaturized X-Band Diplexer Based on Novel  One-Third-Mode Substrate Integrated Resonator Filters," Frequenz, vol. 72, no. 1-2, pp. 57-61, 2017.
[13]      S. Y. Zheng, Z. L. Su, Y. M. Pan, Z. Qamar, and D. Ho, "New Dual-/Tri-Band Bandpass Filters and Diplexer With Large Frequency Ratio," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 66, no. 6, pp. 2978-2992, 2018.
[14]      K. Zhou, C.-X. Zhou, and W. Wu, "Compact SIW Diplexer with Flexibly Allocated Bandwidths Using Common Dual-Mode Cavities," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 28, no. 4 pp. 317-319, 2018.
[15]      M. Danaeian, K. Afrooz, and A. Hakimi, "Miniaturized Substrate Integrated Waveguide Diplexer Using Open Complementary Split Ring Resonators," Radioengineering, vol. 26, no. 1, p. 31, 2017.
[16]      S. Karamzadeh, "Miniaturized half mode SIW diplexer loaded by FCSRR," International Journal of RF and Microwave Computer Aided Engineering, vol. 28, no. 9, e21446, 2018.
[17]      Y. Dong, T. Yang, and T. Itoh, "Substrate Integrated Waveguide Loaded By Complementary Split-Ring Resonators And Its Applications To Miniaturized Waveguide Filters," IEEE Trans Microwave Theory Tech., vol. 57, pp. 2211–2223, 2009.
[18]      L. Wu, X. Zhou, W. Yin, L. Zhou, and J. Mao, "A Substrate Integrated Evanescent-Mode Waveguide Filter With Non-Resonating Node in Low-Temperature Co-Fired Ceramic," IEEE Trans Microwave Theory Tech., vol. 58, pp. 2654–2662, 2010.
[19]      M. Danaeian, K. Afrooz, and A. Hakimi, "Miniaturization of Substrate Integrated Waveguide Filters Using Novel Compact Metamaterial Unit-Cells Based On SIR Technique," AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 84, pp. 62-73, 2018.
[20]      R. Marques, M. Ferran, and M. Sorolla, "Metamaterials with Negative Parameters: Theory, Design and Microwave Applications," vol. 183, John Wiley & Sons, 2011.
[21]      F. Martin, "Artificial Transmission Lines for RF and Microwave Applications," John Wiley & Sons, 2015.
[22]      C. Caloz and T. Itoh, “Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Application,” Wiley Inter science, 2006.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 دی 1398
  • تاریخ بازنگری: 08 خرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 08 خرداد 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار