二维平面电磁带隙结构的低通滤波器设计与分析

本文主要探讨了一种基于平面电磁带隙结构的新型低通滤波器的设计与分析，该研究背景起源于2004年全国第十届微波集成电路与移动通信学术年会。光子带隙结构的概念最初源自光子晶体，但随后被扩展到了微波频率范围，形成了电磁带隙结构。这种结构利用了电磁波在周期性介电材料中传播时形成能带结构，出现带隙的原理，实现了带阻特性，即阻止特定频率范围内的电磁波通过。 Itoh教授在1998年提出的二维平面电磁带隙结构（UC-EBG），是通过在金属底板上刻制二维槽，相较于传统的介质打孔三维结构，它展现出了更优越的阻带性能。UC-EBG结构在图1中有所展示，其参数包括a=3.048mm、b=2.7432mm、s=g=0.3048mm和h=0.762mm，对后续微波平面电磁带隙结构的发展具有里程碑意义。 作者们采用了三维时域有限差分方法（FDTD）进行分析，这是一种直接求解Maxwell微分方程的数值方法，它能够处理复杂电磁问题，但计算成本较高，因为需要精细的离散网格和大量的时间步数。通过这种方法，研究人员能够获得完整的时间域波形，这对于设计优化低通滤波器的性能至关重要。 这种新型低通滤波器在实际应用中，比如天线设计中，可以作为反射器来减少相邻天线间的干扰，增强天线的方向性和隔离度，对于提高无线通信系统的信号质量和稳定性具有重要意义。此外，由于其慢波特性，它还适用于微波和毫米波集成电路中的谐振腔和其他器件设计，展现出广阔的应用前景。这项研究深入挖掘了平面电磁带隙结构的潜力，推动了射频和微波领域的前沿技术发展。