ارائه يك ديپلكسر مايكروويوي بسيار كوچك با استفاده از موجبرهاي مجتمع شده در زير لايه‌ مبتني‌بر ساختارهاي چپ‌گرد-راست‌گرد

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

در اين مقاله، يك ديپلكسر مايكروويوي با ابعاد بسيار كوچك با استفاده از ساختارهاي موجبري مجتمع شده در زير لايهو بر پايه ساختارهاي فراماده براي كاربردهاي WLANو WiMAX ارائه شده است. ديپلكسر پيشنهادي با تركيب دو فيلتر ميان‌گذر كه در باندهاي فركانسي مربوط به فرستندگي و گيرندگي آنتن كار مي‌كنند، طراحي شده است. اساس كار ديپلكسر پيشنهادي بر پايه روش مد ميرا شوندهبنا نهاده شده است. به منظور كاهش ابعاد ساختار پيشنهادي، در طراحي فيلترهاي استفاده شده در ديپلكسر، از موجبرهاي مجتمع شده در زير لايه نصف شدهاستفاده شده است. براي كاهش بيشتر ابعاد ديپلكسر طراحي شده، از ساختارهاي چپ‌گرد-راستگرد استفاده شده است. زماني كه موجبر زير فركانس قطع خود كار مي‌كند، ε ساختار منفي مي‌شود بنابراين ثابت انتشار (k) در فركانس‌هاي زير فركانس قطع موجبر يك عدد موهومي خواهد شد كه در اين صورت از انتشار موج جلوگيري مي‌شود. از اين‌رو، به اين حالت مد ميرا شونده يا مد محو شونده گفته مي‌شود. از آن‌جايي كه مكمل حلقه‌هاي تشديدي شكاف‌دار فركتال اساساً مانند يك دوقطبي الكتريكي عمل مي‌كنند، بنابراين، قادر خواهند بود در يك محدوه فركانسي محدود ε منفي توليد نمايند. حال چنان‌چه از FCSRR‌ها در ساختارهاي موجبري مجتمع‌شده در زير لايه و در زير فركانس قطع آن‌ها استفاده شود، FCSRR‌ها توانايي آن را دارند كه در يك محدوه فركانسي محدود علامت ε اصلي ساختار را معكوس كنند. بر همين اساس با حك كردن FCSRR‌ها روي سطح موجبر، ε منفي اصلي ساختار در زير فركانس قطع موجبر به ε مثبت تبديل خواهد شد. بنابراين، انتشار موج جلو رونده خواهيم داشت. بر همين اساس و بر پايه روش مد ميرا شونده، يك ديپلكسر مايكروويوي در فركانس‌هاي GHz 4/2 و GHz 5/3 طراحي شده است. ابعاد ديپلكسر پيشنهاد شده برابر gλ 09/0 × gλ 30/0 است. ديپلكسر پيشنهادي داراي خصوصياتي هم‌چون ابعاد بسيار كوچك، تلفات بسيار كم، ايزولاسيون مناسب و طراحي آسان مي‌باشد.

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.