根据电磁阻带结构的设计公式，设计了2个阻带中心频率分别为4GHz和6GHz的带阻滤波器，调整刻蚀单元的尺寸可以改变带阻滤波器的阻带衰减值。通过全波分析软件Ansoft Ensemble模拟分析了带阻滤波器的特性，用试验验证了模拟分析的结果。本文还应用电磁阻带结构设计了一个双工器，它采用2个电磁阻带滤波器和1个T分支级联形成三端口元件，实验表明其具有优良的特性。
### 电磁阻带结构带阻滤波器和双工器
#### 一、研究背景与意义
电磁阻带结构（Electromagnetic Band Gap Structures, EBG）作为一种周期性结构，在微波领域因其独特的选频特性及结构简单易实现等特点而备受关注。电磁阻带结构能够阻止特定频率范围内的电磁波传播，因此在设计带阻滤波器时具有显著优势。传统的带阻滤波器设计方法，如使用阶梯阻抗线或分支线，往往会导致窄阻带、寄生通带问题以及较大的电路尺寸。相比之下，利用EBG结构设计的带阻滤波器能够实现更宽的阻带、更高的衰减，并且电路尺寸更为紧凑。
此外，双工器作为无线通信系统中的关键组件之一，用于实现发射和接收信号共享同一天线的功能。传统的波导双工器虽然具有低插入损耗和高隔离度的优点，但其体积庞大、制作复杂、成本高昂，且难以与平面电路集成。因此，探索一种结构紧凑、易于集成且具有良好性能的新型双工器成为研究的重点。
#### 二、电磁阻带滤波器的设计原理
1. **基本原理**：电磁阻带结构的基本原理基于其周期性特征，即通过在微带线的接地面上刻蚀一系列周期性的图案，形成特定的阻带结构。这些结构会阻止某些频率范围内的电磁波传播，从而实现带阻滤波功能。
2. **设计公式**：根据设计公式，可以计算出所需刻蚀单元的尺寸和周期，进而确定带阻滤波器的具体参数。具体来说，通过公式：
- βt = π （其中β为传播常数，t为周期）
- λg = 2π/β （其中λg为相位波长）
可以推导出电磁阻带结构的周期t和阻带的第一中心频率f：
- t = λg/2
- f ≈ c/λg = c0/εeff * 1/λg
其中，εeff为等效介电常数；c为微带传输线中电磁波的传播速度；c0为真空中电磁波的传播速度。
3. **阻带衰减调整**：阻带中心频率处的衰减可以通过调整接地面刻蚀图形的尺寸来控制。增大刻蚀图形的尺寸可以提高阻带中心频率处的衰减程度。
#### 三、模拟与实验验证
1. **模拟分析**：利用全波分析软件Ansoft Ensemble对设计的带阻滤波器进行模拟分析。该软件能够精确地模拟滤波器的工作特性，包括阻带宽度、衰减程度等。
2. **实验验证**：通过实际制作并测试带阻滤波器，验证模拟分析结果的准确性。本文中设计的两个带阻滤波器分别针对4GHz和6GHz的中心频率，实验结果显示，这两种滤波器均具有良好的带阻特性。
3. **双工器设计**：进一步地，本文还利用电磁阻带结构设计了一种双工器，该双工器由两个电磁阻带滤波器和一个T分支级联而成，形成一个三端口元件。实验结果证明，这种双工器不仅结构紧凑、易于集成，而且具备优秀的隔离度和插入损耗性能。
#### 四、结论
基于电磁阻带结构设计的带阻滤波器和双工器具有显著的优势，如宽阻带、高衰减、紧凑的结构以及易于与平面电路集成等。这些特点使得它们在无线通信等领域具有广阔的应用前景。通过对设计原理、模拟分析和实验验证的详细介绍，本文展示了利用电磁阻带结构设计高性能滤波器和双工器的可能性，为未来的研究提供了有价值的参考。
