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基于双平面缺陷结构的小型化双频带负群时延电路
摘要——本文介绍了一种采用双平面U形结构的双频带负群时延电路(NGDC)的设计。每个频带的中心频率与群时延(GD)时间分别由缺陷微带结构(DMS)和缺陷接地结构（DGS）控制。其中电阻器连接在DMS和DGS槽之间。为了验证设计概念，NGDC的设计，制造和电路仿真比较。为了获得更好的带宽，两个具有不同中心频率的NGDC以级联设计连接。从测量结果来看，GD时间为和，并分别在和处获得。
索引词——分布式传输线，双平面缺陷结构，双频带负群时延电路（NGDC）.
- 引言
近年来，各种无线通信标准，例如无线局域网(WLAN)、全球微波接入互操作性(WiMAX)、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)等，已经在全世界范围内得到发展，并有可能在不久的将来出现更多的标准。因此，多频带组件的设计是必要的。
负群延迟(GD)意味着波传播的时间推进；这些有趣的特性已应用于各种通信系统的应用[1]-[3]。微波有源/无源负极群延迟电路(NGDC)[1]-[7]的设计采用了多种方法。然而，一些研究集中在双频带NGDCS[8]、[9]的设计上。在[9]中给出了使用复合右/左手(CRLH)传输线的双频带NGDC。但是，它不是POS可独立控制两个波段的GD时间。
有缺陷的传输线结构，如光子带隙(PBG)结构、GGS和DMS在一定的谐振频率下可以提供衰减，并成功地应用于射频麦克风[10][11]。DMS和DGS的衰减特性也分别用于设计单频带NGDC[11]，[12]中。然而，目前还没有将双平面缺陷结构(DMS和DGS)同
手稿于2014年3月2日收到; 2014年4月28日接受。出版日期2014年6月13日; 当前版本的日期2014年8月5日。这项工作是由基础科学研究计划的支持，韩国国家研究基金会（NRF）资助，由教育，科学和技术部（2013006660）资助。
G. Chaudhary和Y. Jeong是韩国全罗北道全州全北大学IT融合研究中心电子卡工程系（电子邮件：ycjeong@jbnu.ac.kr）。
J. Lim与韩国忠清南道顺天乡大学合作。
本函中一个或多个图的彩色版本可在线获取http://ieeexplore.ieee.org。
数字对象标识符10.1109 / LMWC.2014.2322445
图1.(a)双频NGDC的拟议结构及(b)其等效电路
时应用于双波段NGDC的设计中。
在这篇文章中，DMS和DGS的衰减特性一起用于设计双频带NGDC。这项工作允许在两个波段的GD时间的可控性独立。
- 设计与实现
图1.（a）显示了所提出的双频带NGDC的结构由顶部平面上的DMS和底部平面上的DGS组成。外部电阻用于获得在双频带的中心频率处期望的GD时间。所提出的NGDC的等效电路如图图1.（b）所示。诸如DMS和DGS的微带线的缺陷结构表示为串并联RLC电路。等效DMS和DGS的集总元件值可以通过执行电磁（EM）模拟来获得，其值由[10]给出。从提出结构的等价电路中，GD和插入损耗都
可以如下所示计算[6]，[11]
图2具有外部电阻的U形DMS和DGS的电磁和电路模拟信号衰减特性：(a)DMS和(b)DGS
其中是终端端口阻抗。是谐振器(DMS和DGS)的带宽，其被定义为高于每个频带的最大信号衰减的3dB频率。的值为(3)
or.(3)
从(1)和(3)可以看出，GD时间可由控制的。为了验证所提出的NGDC的设计概念，首先使用Ansoft HFSS v13的EM求解器分别对U型DMS和DGS进行了仿真。其尺寸如下：a=15.9,b=2.2,g=0.4,和(所有单位均以毫米为单位)。使用衬底RT/Duroid 5880上进行模拟，其介电常数为2.2，厚度为31 密耳。
图2分别显示了U形DMS和DGS的模拟特性，表明信号衰减特性可以随外部电阻的变化而改变。紧凑型双频带NGDC可以利用信号和地面平面的空间构建，其中U型DMS和DGS同时组合在两个平面上[见图1.(a)]。
图3显示了所提出的双频带NGDC的仿真结果，其中U型DMS和DGS的尺寸与先前的相同。分别获得第一和第二频带的谐振和截止频率和。分别给出了该结构的提取电路元件值，和。为了获得的GD,DMS和DGS插槽的外部电阻连接分别为和。从图中可以看出，电路仿真与EM仿真具有良好的一致性。第一频带和第二频带的带宽分别由和EM仿真确定。在和的GD分别获得为和。因此，第一频带和第二频带的最大可实现NGD时间和带宽乘积()分别为0.2876和0.2952。
图3双频带NGDC的模拟群时延和信号衰减（）特性
图4根据不同和的模拟群时延特性
图4显示了具有不同外部电阻（和）的GD的仿真结果。为了显示对GD的独立控制，首先将第二频带的GD固定在周围，第一波段的GD是从到通过将从改为。类似地，在第二种情况下，第一频带固定在，而第二频带通过从改为而从调谐到。然而，较高的NGD会导致带宽减少。因此，在设计过程中应注意NGD与带宽之间的权衡。
三．模拟与测量结果
目标是设计一个GD为用于WiMax和WLAN，分别在3.5和5.2GHz的中心频率下工作。为此，对一种利用缺陷结构的NGDC进行了仿真和制作。关于U型DMS和DGS的物理尺寸与先前的相同。
图5显示了所提出的双频带NGDC的仿真和测量结果.从图中可以看出，测量结果与仿真结果吻合较好。在3.516 GHz的第一频带测量到的GD和信号衰减分别为和26.65dB。
同样，在5.2GHz的第二频带处测量了GD和信号衰减，分别为和28.56dB。第一和第二频带的带宽分别为62 MHz和59 MHz，其分别提供0.2628和0.256的NGD带宽乘积.在第一和第二频带中心频率处，测量的回波损耗分别为0.3和0.4dB，可以通过在输入/输出端口连接分流电阻来改善[6]。
图5单级NGDC的仿真与测试结果
图6两级NGDC的仿真与测试结果
图7制作的双频带NGDC照片：(A)顶部和(B)底部视图
表一
性能比较
A=独立控制cach频段的群时延
为了增加GD带宽，两个中心频率略有不同的双频带NGDC被级联。为此，设计了两种不同的NGDC，中心频率分别为3.47和3.5GHz。低频带为6 GHz，高频带为5.11和5.19GHz。测量结果与仿真结果吻合较好，如图6所示。测量结果表明，在3.46-3.58GHz和5.10-5.20GHz时，GDS值分别为-4.540.6ns和-4.200.5ns,其带宽乘积分别为0.545和0.42。并且可以使用通用增益放大器[1]、[6]来补偿。分别测量每个频带上的信号衰减，为47.350.9dB和38.80.95dB,它们可以使用通用增益放大器[1]、[6]进行补偿。但是，它可能会降低整体NGD，增加带外增益，导致整个电路的稳定性.在两个中心频率上观测到最大信号衰减和GD的差异，因为在这些频率处使用不同的电阻，因为DMS和DGS缺陷结构的提取电感不同。
表一显示了所提出的电路与先前的研究结果的性能比较。如表所示，提出的双频带NGDC在两个频带上提供了更高的GD和独立的GD控制。然而，需要在GD和带宽之间进行权衡。制作电路的照片如图7所示。
四．结论
本文利用缺陷微带结构和缺陷接地结构的衰减特性，提出了一种双频带NGDC的设计与实现。所提出的结构在独立控制每个频带的群时延方面具有更大的自由度。所提出的结构预期可应用于多频带通信系统。
参考文献
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[11] G. Chaudhary, Y. Jeong, and J. Lim, “Miniaturized negative group
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[12] G. Chaudhary, J. Jeong, P. Kim, Y. Jeong, and J. Lim, “Compac
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