Filtre à bande interdite électromagnétique inspiré des métamatériaux pour ultra

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13347 (2023) Citer cet article

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Présentée ici est une ligne de transmission microruban chargée de manière réactive qui présente une bande interdite ultra-large. La charge réactive est périodiquement répartie le long de la ligne de transmission, qui est couplée électromagnétiquement. La charge réactive consiste en un patch de forme circulaire qui est converti en une structure métamatérielle en y incrustant deux anneaux fendus concentriques. Le patch est connecté au plan de masse avec un via-trou. La structure résultante présente des propriétés de bande interdite électromagnétique (EBG). La taille et l'espace entre les anneaux fendus dictent l'ampleur de la charge réactive. La structure a d’abord été modélisée théoriquement pour mieux comprendre les paramètres caractéristiques. Le circuit équivalent a été vérifié à l’aide d’un solveur électromagnétique (EM) 3D pleine onde. Les résultats mesurés montrent que la structure EBG proposée présente une jupe de 3 dB très nette et une bande interdite très large, qui est considérablement plus grande que n'importe quelle structure EBG rapportée à ce jour. La réjection de la bande interdite de la cellule unitaire EBG unique est meilleure que - 30 dB, et la cellule unitaire EBG à cinq éléments est meilleure que - 90 dB. L'innovation peut être utilisée dans diverses applications telles que les applications biomédicales qui nécessitent des taux de décroissance élevés et un rejet élevé de la bande d'arrêt, permettant ainsi une utilisation efficace du spectre EM. Cela peut réduire la bande de garde et ainsi augmenter la capacité des canaux des systèmes sans fil.

Les structures micro-ondes peuvent être assemblées pour présenter des caractéristiques de bande interdite électromagnétique (EBG)1,2,3. Pour être précis, les structures EBG sont périodiques et conçues pour empêcher ou permettre la propagation des ondes électromagnétiques (EM) dans une bande de fréquence spécifiée. Les structures périodiques, lorsqu'elles sont appliquées à des guides d'ondes de lignes de transmission planaires RF/micro-ondes, peuvent produire des caractéristiques de bande passante ou de bande d'arrêt. Par une sélection appropriée des dimensions et de la périodicité de la structure, la réponse EM de la structure peut être contrôlée pour transmettre ou supprimer certains signaux qui se propagent à travers elle1,4. Cette caractéristique des structures EBG les rend attrayantes dans les applications nécessitant un blindage EM, par exemple les équipements médicaux5,6,7,8,9,10,11,12,13,14.

La propriété EBG peut être mise en œuvre en chargeant périodiquement une ligne de transmission microruban avec des résonateurs ou en créant des fentes dans le plan de masse d'un substrat diélectrique sous une ligne microruban se propageant ou en empilant des matériaux de différents diélectriques15,16,17. Une ligne de transmission peut également afficher la propriété EBG en modifiant périodiquement son impédance. En 9, il est montré qu'en effilant le profil des sections à faible impédance de la ligne de transmission, on éliminera les ondulations dans la bande passante, provoquées par la périodicité de la structure EBG. Dans10,11,12,13,14,15,16,17,18, il est montré que l'EBG peut être établi en localisant des patchs microruban court-circuités ressemblant à des structures en forme de champignon sous la ligne microruban. Une autre technique de création d'EBG consiste à charger périodiquement une ligne microruban en propagation19,20,21,22,23,24. Le chargement réactif périodique réduit la vitesse de phase (effet d'onde lente), par rapport aux lignes ordinaires. Cela améliore la capacité et/ou l'inductance effective de la ligne25. Dans26, une variation rectangulaire/sinusoïdale de la largeur de la ligne microruban a été utilisée pour créer une périodicité27. Cependant, dans le cas d'une variation de la largeur de la ligne microruban, des périodes plus longues sont nécessaires pour présenter des caractéristiques EBG qui se traduisent par une structure plus grande. Dans une autre technique, des défauts périodiques de formes différentes sont introduits dans le plan de masse, ce qui donne lieu à des structures compactes22,23,24,26. Ces structures au sol défectueuses présentent des défis en matière d'emballage. Une autre approche pour induire une charge réactive consiste à utiliser des structures de patch court-circuitées sous la ligne microruban . La réalisation de ces structures est réalisée à l'aide d'un empilement de trois couches métalliques. Dans cette structure, la propriété EBG est créée par la variation périodique des propriétés diélectriques effectives du matériau. Cette méthodologie est compatible avec le processus de circuit intégré monolithique micro-ondes (MMIC) GaAs/GaN, ce qui la rend attrayante pour les applications micro-ondes et ondes millimétriques.