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CRLH传输线的微带漏波天线的研究与设计

提出了一种基于谐振频率的等效电路参数提取方法,该方法可以精确地描述多节复合左右手传输线结构,并通过仿真软件研究了其物理模型及等效电路模型的一致性,从而验证了这种新的参数提取方法。根据此种新的等效模型设计制作了复合左右手传输线型微带漏波天线,并利用网络分析仪对它的S参数进行了测量。结果表明,所设计的平衡状态下的微带漏波天线波束方向随着频率的变化而变化,并且改变传统漏波天线仅能实现前半空间扫描的局限性,并拓展漏波天线扫描范围至全空间,同时在各个波束方向上的能量也较为均匀,相比于传统漏波天线,尺寸缩小接近50%。     

一种SIW复合左右手结构的双频功分器

为了适应现代双频通信系统的要求,通过在基片集成波导上嵌入一种紧凑的复合左右手传输线结构,设计了一种结构紧凑的新型双频微波功率分配器.通过改变复合左右手传输线结构参数,容易调节高、低频谐振频率,利用该特性可以更容易实现任意双频微波器件.仿真和测试结果表明:双频功分器的两个中心工作频率分别为2.6 GHz(S频段)和5.4 GHz(C频段),各个端口的回波损耗和隔离度在频率2.4～2.8 GHz和5.3～5.6 GHz的范围内均优于15 dB.这些数据表明了本设计方案的可行性,为微波多频器件的设计提供了一种新思路.     

基于分形CRLH-TL加载短截线超宽带滤波器设计

传统基于微带缝隙和逆开环谐振器(CSRRs)的复合左右手传输线的带宽较窄、通带内反射损耗较大,限制了其应用。因此,该文采用了Minkowski分形的微带缝隙代替传统微带缝隙,有效地展宽了带宽,并通过在微带缝隙两侧加载短截线的方式进一步增加了带宽并改善了高频端带外抑制特性。分析了结构的尺寸参数对其传输特性的影响,并根据S参数计算了色散曲线、提出了等效电路模型。最后,运用所提出的方法设计了一款超宽带带通滤波器。该滤波器仅采用一个复合左右手(CRLH)结构单元,获得了超带宽2.1~9GHz(相对带宽124.3%)和较小的带内反射损耗(小于0.8dB),同时滤波器在9.5~12GHz的阻带范围内传输抑制大于20dB。测量结果、仿真结果与等效电路结果基本吻合,验证了该设计方法的有效性。     

基于左手材料的天线小型化技术研究

分析了左手材料实现小型化天线的理论依据,分析、设计了一种基于蘑菇型复合左右手传输线的微带天线,工作在1.6 GHz,并利用电磁仿真软件进行了优化,给出了利用复合左右手传输线结构的后向波效应,该天线不仅结构简单而且天线尺寸在X轴方向缩减了40.3％,在Y轴方向缩减了52.7％.     

谐振-传输线复合结构左手材料设计

提出了一种谐振-传输线复合结构左手材料单元.该结构基于谐振型左手材料、复合左右手传输线理论设计,可在不同排列方式下产生多种左手特性.基于曙光云计算服务平台,分析了该材料单元结构的谐振特性、单元阵列的传输线特性,并进一步对其谐振特性中的负折射特性进行了仿真验证.实验表明:单一结构单元条件下,该结构可体现出由谐振特性产生的左手频带;在阵列条件下,可同时体现出左右手传输线特性以及谐振型左手特性.该结构的多种左手特性,或可在5.8 GHz频率范围内民用级微波器件领域获得广泛应用.     

一种新型复合左右手结构四频微带天线

在传统互补开环谐振(CSSRR)结构上添加T型枝节,形成一种新型复合左右手传输线(CRLH TL)。采用理论分析、电磁仿真和电路仿真研究其电磁特性,给出了单元结构的等效电路,计算了色散曲线,证明该结构是一种具有双频特性的CRLH结构。利用该结构设计、制作并测试了一种C波段四频微带天线,测试结果表明该天线具有较宽的阻抗带宽和很好的辐射特性。     

改进的宏元胞法及其在一维人工周期传输线色散性能提取中的应用

针对传统宏元胞法时效性低通用性弱的缺陷,提出了一种改进的宏元胞法,即将相移常数的多值问题转化为对同一周期结构相位解卷绕起始频点的判定问题,如此可方便地提取出唯一精确的相移常数.由于新方法严格考量了元胞间电磁场的互耦效应,仅需一次仿真或实测便可计算出元胞间存在任意耦合强度的一维人工周期传输线的色散和Bloch阻抗性能.运用新方法提取了经典的非平衡态和平衡态互易非对称微带复合左右手传输线的色散特性,并与传统的本征模式法、解卷绕法和单元胞法的提取结果进行了对比.进一步利用改进宏元胞法和解卷绕法的提取结果分别反演出微带复合左右手传输线的S参数,基于改进宏元胞法解的S参数与全波仿真S参数之间良好的一致性证实了新方法的精确性.     

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2.78～3.30 GHz展宽到2.02～4.53 GHz.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2.35～3.20 GHz,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.     

非对称共面波导复合左右手传输线的多频天线

设计了一种新型的基于非对称共面波导(ACPW)馈电复合左右手传输线(CLRH-TL)的四频段混合小型化天线。天线由非对称共面波导接地面加载互补开口谐振环缝隙、单极子天线终端加载复合左右手传输线单元组成,将常规单极子天线与超材料结构的零阶谐振器天线双模式混合。实测结果表明：天线回波损耗大于10 dB的阻抗带宽分别为1.55~1.65 GHz,2.4~3.7 GHz,5.15~5.36 GHz,5.71~5.89 GHz,通带内具有良好的辐射特性。天线结构简单紧凑,易于集成,可应用于GPS,WLAN和WiMAX无线通信系统中。     

基于复合左右手传输线的2.45 GHz微带天线设计

基于复合左右手传输线基本原理, 提出了电磁带隙结构的双负媒质微带天线设计方法, 并制作了2.45 GHz的微带天线.该微带天线由2个单元的电磁带隙组成, 此电磁带隙结构经过优化采用非均匀结构, 可通过调整贴片尺寸和金属过孔半径来改变电磁带隙结构单元等效电路的并联部分电容和电感, 进而调节天线的谐振频率.设计并制作的微带天线其贴片整体尺寸为53.2 mm×19.8 mm, 在2.45 GHz的回波损耗为-32.6 dB, 方向图近似为8字形方向图, 最大增益为0.72 dB.仿真和测试的回波损耗、方向图符合得很好, 从而验证了这种设计方法的有效性.     

Characterization and Modeling of Finite-Ground Coplanar Waveguides in 0.13μm CMOS

讨论了利用TSMC 0.13μm CMOS工艺实现的共面波导的特性及其建模.通过Momentum等电磁场仿真软件计算了传输线的基本参数,例如特征阻抗和衰减常数.并设计了特征阻抗分别为30,50,70和100Ω的共面波导传输线元件库.最后,在0.1～40GHz的范围内利用网络分析仪和SOLT(short-open-load-thru)测试技术测得特征阻抗和衰减常数,共面波导的分布参数则通过提取测试得到的S参数得到.     

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导（CPW）去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。     

一种鱼骨型GaN HEMT分布式模型

基于传输线理论,推导了GaN HEMT沟道分布式等效电路模型,为有效提取GaN HEMT小信号模型参数提供了依据。设计了一种新颖的鱼骨型GaN HEMT器件结构,由于采用了较短的栅指,非常有利于纵向散热,与常规型HEMT器件结构相比,热阻有了明显改善,但也增加了建模的复杂度。采用分布式建模技术,为鱼骨型器件建立了一种分布式等效电路模型,模型在1~20 GHz内与实测S参数吻合较好,表明分布式建模技术可以用于准确地模拟鱼骨型GaN HEMT器件的高频特性。     

0.13μm CMOS上接地板宽度有限共面波导的特性与建模

讨论了利用TSMC 0.13μm CMOS工艺实现的共面波导的特性及其建模.通过Momentum等电磁场仿真软件计算了传输线的基本参数,例如特征阻抗和衰减常数.并设计了特征阻抗分别为30,50,70和100Ω的共面波导传输线元件库.最后,在0.1～40GHz的范围内利用网络分析仪和SOLT(short-open-load-thru)测试技术测得特征阻抗和衰减常数,共面波导的分布参数则通过提取测试得到的S参数得到.     

基于左右手传输线的小型天线设计

基于复合左右手传输线技术研究设计超小型的天线,通过对复合左右手传输线结构的适当调整获得一个零阶谐振天线,此时天线的工作频率不再依赖于天线的几何尺寸,而只与构成左手传输线的电感与电容相关,从而可大大降低天线的几何尺寸。文中基于复合左右手传输线设计了一款小型天线,使其可以工作在ISM频段,能够满足无线局域网(2.4~2.4835GHz)的要求。     

基于CRLH的小型化超宽带带通滤波器的研究

提出了基于复合左右手结构传输线(Composite Right/left-handed Structure Transmission Lines.简称CRLH TLs)的小型化超宽带带通滤波器.给出了滤波器的设计结构及其等效电路,仿真表明,该超宽带带通滤波器可在3.2～8.6 GHz的通带范围内插入损耗小于0.7 dB.回损大于17dB.带内群时延小于0.4ns.新的滤波器的尺寸约为中心波导波长的1/3.便于实现结构的小型化.     

多通带复合左右手传输线的设计与仿真

提出一种具有两组复合左右手通带的平面传输线结构.与传统左手微带线相比,本结构利用连有金属折线的矩形贴片和接地板上T形DGS(defected ground structures)结构形成一组新的左手通带和右手通带.为了使左右手通带间禁带闭合,用梯形贴片及接地板上交趾DGS结构代替上述结构,最终实现具有两个零级谐振频率点的平面传输线.结构的仿真结果与利用等效电路和Bloch-Floquet原理得到的理论结果及测量结构都符合较好.这种新颖的具有多通带的复合左右手传输线可应用于多通带微波器件设计.     

一种高增益宽带窄边频率扫描天线设计

通过引入复合左右手结构,设计实现了一种高增益宽带窄边频率扫描天线。通过引入宽带Vivaldi天线作为天线阵元,实现了天线的宽带化,并使用复合左右手结构传输线对单元进行馈电,提高了扫描范围。分析了不同单元数量对天线扫描性能的影响,并对天线在不同单元数量下的电场分布进行了分析,确定了合理的单元数量。该天线阻抗匹配带宽为12～17.53 GHz,波束扫描角度为42°,最高增益为16.54 dBi。对天线实物进行了制作,在微波暗室中进行了测试,实测结果与仿真结果吻合度较好。由于该天线具有低剖面、高增益、带宽宽、结构简单等特点,在舰载和机载设备中有一定应用前景。