Tesis
Novel miniaturized ring resonator and metamaterial filters for UHF applications
Autor
JOSE ROBERTO REYES AYONA
Institución
Resumen
Emerging applications such as wireless communications continue to
challenge RF/microwave filters with ever more stringent requirements as:
smaller size, lighter weight, and lower cost. Ring resonators have been widely
studied in the literature of filter applications because they are cheap and of
easy fabrication. Due to the large size of these resonators, various techniques
have been suggested in the literature to achieve miniaturization. Two main
parameters which affect the frequency response of the ring resonators are the
differences in the substrate’s thickness and tolerances in the dielectric
constant of the substrate. A new miniaturization technique is introduced in this
thesis. This novel technique is based on the use of vias to ground and
interdigital capacitors. Vias to ground allow size reduction and eliminate
harmonics. The addition of the interdigital capacitor to the electromagnetic
structure greatly reduces the sensitivity to substrate thickness. The resulting
resonators are highly miniaturized, cheap, of easy fabrication, of low
sensibility to differences in the substrate’s thickness, and independent of the
excitation orientation. Ultra High Frequency filters based on these novel
electromagnetic ring resonant structures are presented.
The growth of interest in metamaterials has recently led to novel and
interesting theoretical possibilities for microwave, infrared and optical
applications. One advantage of metamaterial structures is the size reduction.
In this thesis, the design of a metamaterial (MTM) transmission line based on
the negative magnetic coupling using the planar technology is presented. A
spiral inductor and interdigital capacitor are used as basic elements to realize
the MTM transmission line. Simulations are done using the full-wave
simulator SONNET and measurements are perform using the Agilent PNA
series microwave vector network analyzer (E8361A). Las comunicaciones inalámbricas emergentes requieren que los filtros de
microondas sean cada vez más pequeños, más ligeros y más baratos. Ya
que son baratos y de fácil fabricación los resonadores de anillo han sido
ampliamente estudiados en la literatura para aplicaciones de filtrado. Debido
al gran tamaño de estos resonadores varias técnicas se han sugerido en la
literatura para obtener miniaturización. Dos parámetros importantes que
afectan la respuesta en frecuencia de los resonadores de anillo son las
diferencias en el espesor del dieléctrico y las tolerancias de la constante
dieléctrica del substrato. En esta tesis se propone una novedosa técnica de
miniaturización, la cual está basada en el uso de una vía a tierra y un
capacitor interdigital. La vía a tierra permite reducir el tamaño del resonador y
elimina su segundo armónico. El capacitor interdigital reduce grandemente la
sensibilidad que el resonador tiene con respecto al espesor del substrato.
Los resonadores resultantes son altamente miniaturizados, baratos, de fácil
fabricación, de baja sensibilidad a las variaciones del substrato y no
dependen de la orientación con la cual son excitados. Usando estos
novedosos resonadores se diseñan y fabrican filtros de ultra alta frecuencia.
El creciente interés en metamateriales ha llevado a novedosas e interesantes
posibilidades teóricas para posibles aplicaciones en los rangos de
microondas, infrarrojo y óptico. Una de las ventajas de los metamateriales es
la reducción de tamaño. En esta tesis, se presenta el diseño de una línea de
transmisión metamaterial (MTM) la cual está basada en acoplamiento
magnético negativo y hace uso de la tecnología planar. Los elementos
básicos para realizar la línea de transmisión metamaterial son un inductor de
espiral y un capacitor interdigital. Las simulaciones son hechas en el
simulador de onda completa SONNET y las mediciones realizadas con el
analizador de redes vectoriales Agilent PNA (E8361A).
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