论文部分内容阅读
摘要：本文简述了复合左右手传输线的基本原理及LC网络模型，对左手材料与传统右手传输线的结合进行了研究，并推广应用于微波电路设计，同时为适应硅衬底微波电路的设计，电路设计过程采用交指电容替代LC网络模型中的电容元件，采用接地的微带短路端代替LC网络模型中的电感元件，从而设计一种新型的硅衬底复合左右手传输线定向耦合器，运用电磁仿真软件HFSS进行仿真分析，性能良好，具体指标符合定向耦合器的实际应用需要。
关键词：硅衬底；复合左右手；定向耦合器；HFSS；左手材料
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0220-02
3 复合左右手传输线定向耦合器设计
硅衬底复合左右手传输线定向耦合器结构示意图如图3所示，其中端口1、2间为交指电容和微带接地端构成的左手传输线，端口3、4间为右手传输线，由于左、右手传输线波印廷矢量方向相反，因此端口3为耦合端，端口4为隔离端。这里所设计的传输线定向耦合器位于两层硅基介质上，SiO2层厚度为[10μm]，Si层厚度为[90μm]，总尺寸控制在[800μm×300μm]，两条耦合传输线的间距为[10μm]，交指电容每条交指线宽为[10μm]，间距为[1μm]，接地端线宽为[30μm]，微带线长为[150μm]。
本文运用电磁仿真软件IE3D对所设计的复合左右手传输线定向耦合器电路进行了建模和仿真分析，其IE3D仿真结果曲线如图4所示，从图中可以看出，在频率f处于41.8GHz-55.6GHz之间，参量S31位于-2.6dB附近，且相对带宽为28%左右，这也充分说明了在硅衬底微波集成电路设计中复合左右手传输线有助于改善电路的性能指标，增加通带相对带宽。后来为了考虑实际应用需要，本文又在Si介质层中引入介质损耗电导率[σ=1S/m]，耦合传输线间距为[10μm]，交指电容交指线宽为[10μm]，间距为[1μm]，接地端线宽为[30μm]，微带线长为[150μm]，其仿真结果曲线如图5所示，从图中可以看出，引入介质传输损耗后定向耦合器在频率f处于41.8GHz-55.6GHz之间，参量S31位于-3.1dB附近，其相对带宽约为28.5%，可以看出性能相比于圖4有所改善。
4 结束语
本文给出了复合左右手传输线的基本原理及LC网络模型，对左手材料与传统右手传输线的结合进行了研究，并将其应用与微波电路的设计，设计了一种新型的硅衬底的复合左右手传输线定向耦合器，并运用电磁仿真软件进行仿真分析，性能良好，为今后复杂集成电路设计和分析提供了思路。
参考文献：
[1] I-Hsiang Lin， Marc DeVincentis，Christophe Caloz， Tatsuo Itoh， “Arbitrary Dual Band Components Using Composite RightLeft-Handed Transmission Lines，” IEEE Transitions on Microwave Theory and Techniques，2004，52（4）.
[2] Caloz C， Itoh T.Novel microwave devices and structures based on the transmission line approach of meta-materials，in IEEE-MTT Int. Symp. Dig.， 2003：195-198.
[3] Caloz C， Itoh T.Application of the transmission line theory of lefthanded （LH） materials to the realization of a microstrip LH transmission line.in IEEE-APS Int. Symp. Dig.， 2002（2）：412-415.
[4] Sanada A， C. Caloz， T. Itoh， Characteristics of the composite right/left-handed transmission lines.IEEE Microwave Wireless Comp.Lett.，2004（14）：68-70.
[5] A. Lai， Caloz C， Itoh T.Composite right/left-handed transmission line metamaterials.IEEE Microw. Mag.， 2004，5（3）：34-50.
关键词：硅衬底；复合左右手；定向耦合器；HFSS；左手材料
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0220-02
3 复合左右手传输线定向耦合器设计
硅衬底复合左右手传输线定向耦合器结构示意图如图3所示，其中端口1、2间为交指电容和微带接地端构成的左手传输线，端口3、4间为右手传输线，由于左、右手传输线波印廷矢量方向相反，因此端口3为耦合端，端口4为隔离端。这里所设计的传输线定向耦合器位于两层硅基介质上，SiO2层厚度为[10μm]，Si层厚度为[90μm]，总尺寸控制在[800μm×300μm]，两条耦合传输线的间距为[10μm]，交指电容每条交指线宽为[10μm]，间距为[1μm]，接地端线宽为[30μm]，微带线长为[150μm]。
本文运用电磁仿真软件IE3D对所设计的复合左右手传输线定向耦合器电路进行了建模和仿真分析，其IE3D仿真结果曲线如图4所示，从图中可以看出，在频率f处于41.8GHz-55.6GHz之间，参量S31位于-2.6dB附近，且相对带宽为28%左右，这也充分说明了在硅衬底微波集成电路设计中复合左右手传输线有助于改善电路的性能指标，增加通带相对带宽。后来为了考虑实际应用需要，本文又在Si介质层中引入介质损耗电导率[σ=1S/m]，耦合传输线间距为[10μm]，交指电容交指线宽为[10μm]，间距为[1μm]，接地端线宽为[30μm]，微带线长为[150μm]，其仿真结果曲线如图5所示，从图中可以看出，引入介质传输损耗后定向耦合器在频率f处于41.8GHz-55.6GHz之间，参量S31位于-3.1dB附近，其相对带宽约为28.5%，可以看出性能相比于圖4有所改善。
4 结束语
本文给出了复合左右手传输线的基本原理及LC网络模型，对左手材料与传统右手传输线的结合进行了研究，并将其应用与微波电路的设计，设计了一种新型的硅衬底的复合左右手传输线定向耦合器，并运用电磁仿真软件进行仿真分析，性能良好，为今后复杂集成电路设计和分析提供了思路。
参考文献：
[1] I-Hsiang Lin， Marc DeVincentis，Christophe Caloz， Tatsuo Itoh， “Arbitrary Dual Band Components Using Composite RightLeft-Handed Transmission Lines，” IEEE Transitions on Microwave Theory and Techniques，2004，52（4）.
[2] Caloz C， Itoh T.Novel microwave devices and structures based on the transmission line approach of meta-materials，in IEEE-MTT Int. Symp. Dig.， 2003：195-198.
[3] Caloz C， Itoh T.Application of the transmission line theory of lefthanded （LH） materials to the realization of a microstrip LH transmission line.in IEEE-APS Int. Symp. Dig.， 2002（2）：412-415.
[4] Sanada A， C. Caloz， T. Itoh， Characteristics of the composite right/left-handed transmission lines.IEEE Microwave Wireless Comp.Lett.，2004（14）：68-70.
[5] A. Lai， Caloz C， Itoh T.Composite right/left-handed transmission line metamaterials.IEEE Microw. Mag.， 2004，5（3）：34-50.