В этом примере показано, как создать и анализировать микроволновые плоские структуры Фотонной ширины запрещенной зоны (PBG) в Antenna Toolbox™. Фотонные структуры Ширины запрещенной зоны состоят из периодической решетки, которая обеспечивает эффективное и гибкое управление распространения Электромагнитной волны в один или несколько направлений. Микроволновые плоские структуры PBG были сначала введены около года 2000 профессором Итохом и его группой. Эти структуры создают полосу задерживания по определенному частотному диапазону и легки реализовать путем сокращения периодических шаблонов на металлической наземной плоскости.
Проект, показанный в этом примере, эквивалентен в [1]. Обычная микрополосковая линия на 50 Ом спроектирована на RT/дюроиде 6 010 подложек с диэлектрической постоянной 10,5 и толщина на 25 миллиметров. Ширина полосы составляет 27 миллиметров. Период решетки на спине сохранен на уровне 200 миллиметров. Полный размер платы PCB является 6 периодами 9 периодами.
period = 200*1e-3*0.0254; % period = 200mil; boardLength = period*6; boardWidth = period*9; boardThick = 25*1e-3*0.0254; % board is 25mil thick boardPlane = antenna.Rectangle('Length',boardLength,... 'Width',boardWidth); sub = dielectric('Name','Duroid6010','EpsilonR',10.5,... 'Thickness',boardThick); stripWidth = 27*1e-3*0.0254;% 27mil; stripLength = boardWidth; strip = antenna.Rectangle('Length',stripWidth,... 'Width',stripLength,'Center',[0,0]);
В нашем первом исследовании круг с радиусом 25 миллиметров используется в качестве модульной формы травления на земле. Решетка размера 3 9 вытравливается от наземной плоскости. Созданную наземную плоскость показывают ниже. Позже, мы также изучаем эффективность микрополосковой линии с различными кругами с большим радиусом, радиус равняется 50 миллиметрам и 90 миллиметрам.
gnd = boardPlane; radius = 25*1e-3*0.0254; % hole radius = 25mil; posStart = [-period, -stripLength/2+period/2]; for i = 1:3 for j =1:9 pos = posStart+[(i-1)*period,(j-1)*period]; circle = antenna.Circle('Radius',radius,... 'Center',pos,'NumPoints',16); gnd = gnd - circle; end end figure; show(gnd); axis equal;
Здесь мы комбинируем лучшую микрополосковую линию, подложку и вытравленную наземную плоскость в объект pcbStack для запутывающего и полного анализа волны. Созданную геометрию финала показывают ниже:
obj = pcbStack('Name','2D Bandgap Structure'); obj.BoardShape = boardPlane; obj.BoardThickness = boardThick; obj.Layers = {strip,sub,gnd}; obj.FeedLocations = [0,-boardWidth/2,1,3;0,boardWidth/2,1,3]; obj.FeedDiameter = stripWidth/2; figure; show(obj); axis equal; title(obj.Name);
Мы вручную поймали в сети структуру с помощью ручного режима mesh в тулбоксе, чтобы лучше управлять выходными треугольниками и тетраэдрами.
figure; mesh(obj,'MaxEdgeLength',12*stripWidth,... 'MinEdgeLength',stripWidth,'GrowthRate',0.85);
Для того, чтобы наблюдать эффект ширины запрещенной зоны, мы вычисляем S-параметры для системы с 2 портами. Эффект ширины запрещенной зоны показывают в параметре S21. В анализе мы вычислили S-параметры от 2 ГГц до 16 ГГц, и постройте S21 и S11 для трех различных круговых радиусов. Результаты для всего анализа s-параметра были предварительно вычислены и сохранены в MAT-файле.
freq= linspace(2e9,16e9,141);
sparam = sparameters(obj,freq);
figure;
rfplot(sparam,1,1,'-o');
hold on;
rfplot(sparam,2,1,'--o');
load('atx_bandgap_data.mat','sparam_25mil'); load('atx_bandgap_data.mat','sparam_50mil'); load('atx_bandgap_data.mat','sparam_90mil'); figure; subplot(3,1,1); rfplot(sparam_25mil,1,1,'-'); text(4e9,-40,'Radius = 25 mil', 'FontSize',8, 'Color', 'm') hold on; rfplot(sparam_25mil,2,1,'--'); legend off; subplot(3,1,2); rfplot(sparam_50mil,1,1,'-'); text(4e9,-40,'Radius = 50 mil', 'FontSize',8, 'Color', 'm') hold on; rfplot(sparam_50mil,2,1,'--'); legend off; subplot(3,1,3); rfplot(sparam_90mil,1,1,'-'); text(4e9,-40,'Radius= 90 mil', 'FontSize',8, 'Color', 'm') hold on; rfplot(sparam_90mil,2,1,'--');
От расчетных s-параметров ясно замечено, что существует полоса задерживания приблизительно 11 ГГц, который преобразует соответствующую линию электропередачи на 50 Ом в заграждающий фильтр. Путем варьирования и т.д. может быть понята вытравливающаяся форма на groundplane, различные структуры фильтра, такие как низкая передача или высокая передача.
Как показано ниже, компенсированный прямоугольный поворот микрополосковой линии с шаблонным groundplane создается. Вытравленные круги на наземной плоскости следуют за прямоугольным поворотом.
bendboardLength = period*9; bendboardWidth = period*9; boardThick = 25*1e-3*0.0254; % board is 25mil thick bendboardPlane = antenna.Rectangle('Length',bendboardLength,'Width',bendboardWidth); bendgnd = bendboardPlane; stripLength = bendboardWidth/2; strip_1 = antenna.Rectangle('Length',stripLength,'Width',stripWidth,'Center',[stripLength/2,0]); strip_2 = antenna.Rectangle('Length',stripWidth,'Width',stripLength+stripWidth/2,'Center',[0,-stripLength/2+stripWidth/4]); bendstrip = strip_1+strip_2; radius = 50*1e-3*0.0254; % hole radius = 50mil; posStart = [-period, -stripLength+period/2]; pos = zeros(27,2); for i = 1:3 for j =1:6 pos = posStart+[(i-1)*period,(j-1)*period]; circle = antenna.Circle('Radius',radius,'Center',pos,'NumPoints',15); bendgnd = bendgnd - circle; end end posStart = [period, -period]; for i = 1:3 for j = 1:3 pos = posStart+[(i)*period,(j-1)*period]; circle = antenna.Circle('Radius',radius,'Center',pos); bendgnd = bendgnd - circle; end end figure; show(bendgnd); axis equal;
Создайте стек слоя путем организации слоев PCB, установки местоположений канала для портов.
bendobj = pcbStack('Name','2D Bandgap Bend Structure'); bendobj.BoardShape = bendboardPlane; bendobj.BoardThickness = boardThick; bendobj.Layers = {bendstrip,sub,bendgnd}; bendobj.FeedLocations = [0,-bendboardLength/2,1,3;bendboardWidth/2,0,1,3]; bendobj.FeedDiameter = stripWidth/2; figure; show(bendobj); axis equal; title(bendobj.Name);
S-параметры для структуры вычисляются. Результаты анализа выдерживают сравнение с измеренными результатами, о которых сообщают в [1], и свойства PBG структуры получены эффективно. Отмечено здесь, что анализ предсказывает почти совершенное отражение в полосе задерживания, в то время как измеренные результаты, показанные на Рис. 3 [1], показывают присутствие механизма потерь, который улучшает подобранность импедансов немного.
freq= linspace(2e9,16e9,141);
sparam = sparameters(obj,freq);
figure;
rfplot(sparam,1,1,'-o');
hold on;
rfplot(sparam,2,1,'--o');
load('atx_bandgap_data.mat','sparam_bend_50mil'); figure; rfplot(sparam_bend_50mil,1,1,'-'); hold on; rfplot(sparam_bend_50mil,2,1,'--');
Результат, полученный для трех проектов, соответствует хорошо результатом, опубликованным в [1].
[1] В. Рэдизик, И. Цян, Р. Коккайоли и Т. Итох, "Роман 2-D Фотонная Структура Запрещенной зоны для Микрополосковых Линий", Микроволна IEEE и Ведомые Буквы Волны, издание 8, № 2, 1998;
