Diseño de filtros de microondas basados en líneas de transmisión de onda lenta mediante técnicas de space mapping

Este trabajo representa una contribucion a las lineas de transmision artificiales. Especificamente se pudo disenar de forma automatica estructuras (lineas de transmision) de onda lenta basadas en parches capacitivos de EBGs (del ingles, Electromagnetic Band Gaps) a frecuencias de microondas. Estas estructuras presentan una razon de onda lenta que produce una reduccion del tamano del circuito de microondas, puesto que la longitud de onda en la estructura es menor que en una linea de transmision ordinaria. Ademas si se concatenan varias estructuras de onda lenta es posible obtener bandas de rechazo y asi suprimir bandas espurias. Se dedica un capitulo a la sintesis de estas estructuras. Estas estructuras optimizadas podran encontrar varias aplicaciones, donde se sustituye una linea de transmision ordinaria por una linea de transmision artificial. Se tomara en cuenta la impedancia caracteristica de la linea ordinaria y su longitud electrica a una frecuencia de operacion para la sintesis de estas lineas de transmision de onda lenta. En la tesis se pudo aplicar este metodo de diseno de estructuras de onda lenta a la sintesis automatica de filtros pasabanda de banda ancha, en concreto, se realizo una mejora a los filtros de Levy. Se incorporaron estructuras EBG para reducir la longitud del filtro y ademas suprimir el primer espurio, se logro obtener una amplia banda de rechazo debido a la concatenacion de varias estructuras de onda lenta. Para los filtros mejorados se obtuvo respuestas electromagneticas que coinciden muy bien con el filtro canonico de Levy. Por ultimo se pudo sintetizar filtros pasabanda basados en pares de lineas acopladas con carga capacitiva a frecuencias de microondas. Se presentaron dos ejemplos de filtros Chebyshev, se obtuvo una gran coincidencia (ajuste en los ceros de reflexion, ancho de banda y frecuencia central) en la respuesta electromagnetica y el esquematico ideal al sintetizar cada seccion de los filtros por separado y luego concatenar las secciones optimizadas. Estos filtros muestran el efecto de onda lenta y se reduce su longitud, ademas es posible suprimir las bandas espurias hasta varios armonicos. Debido a las propiedades de los EBG son filtros muy eficientes suprimiendo espurios. Ambas aplicaciones se implementan completamente en tecnologia planar y su sintesis se debe gracias al funcionamiento en conjunto del programa Matlab y de un simulador electromagnetico. A la vez estos resultados son posibles gracias a un algoritmo ASM (Aggressive Space Mapping) que permite obtener soluciones optimas.

[1]  C. G. Broyden.  A Class of Methods for Solving Nonlinear Simultaneous Equations , 1965 .

[2]  R. Levy,et al.  A New Class of Distributed Prototype Filters with Applications to Mixed Lumped/Distributed Component Design , 1970 .

[3]  D. Pozar.  Microwave Engineering , 1990 .

[4]  John W. Bandler,et al.  Space mapping technique for electromagnetic optimization , 1994 .

[5]  A. Gorur,et al.  A novel coplanar slow-wave structure , 1994, IEEE Microwave and Guided Wave Letters.

[6]  Steven G. Johnson,et al.  Photonic Crystals: Molding the Flow of Light , 1995 .

[7]  S. H. Chen,et al.  Electromagnetic optimization exploiting aggressive space mapping , 1995 .

[8]  Tatsuo Itoh,et al.  Simulation and experiment of photonic band-gap structures for microstrip circuits , 1997, Proceedings of 1997 Asia-Pacific Microwave Conference.

[9]  Adnan Görür,et al.  Characteristics of periodically loaded CPW structures , 1998 .

[10]  Tatsuo Itoh,et al.  Broad-band power amplifier using dielectric photonic bandgap structure , 1998 .

[11]  T. Itoh,et al.  A novel uniplanar compact PBG structure for filter and mixer applications , 1999, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (Cat. No.99CH36282).

[12]  Txema Lopetegi,et al.  Compact photonic bandgap microstrip structures , 1999 .

[13]  T. Itoh,et al.  High efficiency power amplifier with novel PBG ground plane for harmonic tuning , 1999, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (Cat. No.99CH36282).

[14]  Txema Lopetegi,et al.  Bragg Reflectors and Resonators in Microstrip Technology Based on Electromagnetic Crystal Structures , 1999 .

[15]  Txema Lopetegi,et al.  Multiple-frequency-tuned photonic bandgap microstrip structures , 2000 .

[16]  Jia-Sheng Hong,et al.  Microstrip filters for RF/microwave applications , 2001 .

[17]  Tae-Yeoul Yun,et al.  Uniplanar one-dimensional photonic-bandgap structures and resonators , 2001 .

[18]  Txema Lopetegi,et al.  New microstrip "Wiggly-Line" filters with spurious passband suppression , 2001 .

[19]  Shau-Gang Mao,et al.  A novel periodic electromagnetic bandgap structure for finite-width conductor-backed coplanar waveguides , 2001, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[20]  Tatsuo Itoh,et al.  Miniature low-loss CPW periodic structures for filter applications , 2001 .

[21]  Quan Xue,et al.  Novel oscillator incorporating a compact microstrip resonant cell , 2001 .

[22]  F. Falcone,et al.  New periodic-loaded electromagnetic bandgap coplanar waveguide with complete spurious passband suppression , 2002, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[23]  Young-Taek Lee,et al.  A novel phase noise reduction technique in oscillators using defected ground structure , 2002, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[24]  Dusan Nesic,et al.  A new type of slow‐wave 1‐D PBG microstrip structure without etching in the ground plane for filter and other applications , 2002 .

[25]  A. ADoefaa,et al.  ? ? ? ? f ? ? ? ? ? , 2003 .

[26]  Txema Lopetegi,et al.  New CPW low-pass filter based on a slow wave structure , 2003 .

[27]  F. Falcone,et al.  Dual electromagnetic bandgap CPW structures for filter applications , 2003, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[28]  Joseph W. Haus,et al.  Photonic Band Gap Structures , 2004 .

[29]  M. Guglielmi,et al.  Microstrip "wiggly-line" bandpass filters with multispurious rejection , 2004, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[30]  W. R. Eisenstadt,et al.  Microwave differential circuit design using mixed-mode S-parameters , 2006 .

[31]  J. Bonache,et al.  Application of Electromagnetic Bandgaps to the Design of Ultra-Wide Bandpass Filters With Good Out-of-Band Performance , 2006, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[32]  V.E. Boria,et al.  EM-Based Space Mapping Optimization of Left-handed Coplanar Waveguide Filters with Split Ring Resonators , 2007, 2007 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium.

[33]  S. Koziel,et al.  Space-Mapping Optimization With Adaptive Surrogate Model , 2007, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[34]  M.-C.F. Chang,et al.  60 GHz CMOS Amplifiers Using Transformer-Coupling and Artificial Dielectric Differential Transmission Lines for Compact Design , 2009, IEEE Journal of Solid-State Circuits.

[35]  S Koziel,et al.  Robust Trust-Region Space-Mapping Algorithms for Microwave Design Optimization , 2010, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

[36]  Jae Jin Lee,et al.  A Slow-Wave Microstrip Line With a High-Q and a High Dielectric Constant for Millimeter-Wave CMOS Application , 2010, IEEE Microwave and Wireless Components Letters.

[37]  Philippe Ferrari,et al.  Impact of technology dispersion on slow‐wave high performance shielded CPW transmission lines characteristics , 2010 .

[38]  John W. Bandler,et al.  Fast space mapping modeling with adjoint sensitivity , 2011, 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium.

[39]  Ferran Paredes,et al.  Artificial Transmission Lines , 2012 .

[40]  P. Bradley.  Robust surrogate-based optimisation of planar metamaterial structures , 2012, 2012 IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems (ICWITS).

[41]  Philippe Ferrari,et al.  Slow‐wave high‐Q coplanar striplines in CMOS technology and their RLCG model , 2012 .

[42]  Mario Sorolla,et al.  Metamaterials with Negative Parameters: Theory, Design, and Microwave Applications , 2013 .

[43]  Vicente E. Boria,et al.  Application of aggressive space mapping (ASM) to the efficient synthesis of stepped impedance resonators (SIRs) , 2013, 2013 European Microwave Conference.

[44]  Patrick J. Bradley,et al.  QUASI-NEWTON MODEL-TRUST REGION APPROACH TO SURROGATE-BASED OPTIMISATION OF PLANAR METAMATERIAL STRUCTURES , 2013 .

[45]  Ferran Martín,et al.  Artificial Transmission Lines for RF and Microwave Applications: Martín/Artificial Transmission Lines for RF and Microwave Applications , 2015 .

[46]  Vicente E. Boria,et al.  Synthesis of slow‐wave structures based on capacitive‐loaded lines through aggressive space mapping (ASM) , 2015 .