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Se simula una guía de ondas de microstrip gap sobre una superficie de tipo seta electronic band gap (EBG) para demostrar la eficacia del diseño. Las simulaciones que se muestran en este ejemplo proceden de un diseño del artículo de referencia [1].
El dispositivo funciona en la gama de 5-12 GHz y consiste en un sustrato EBG tipo seta con una traza insertada entre dos paredes. Todo el dispositivo está encerrado en una caja metálica cuyas únicas aberturas son los dos puertos de cada extremo. En las figuras 1 y 2 se muestran vistas de la geometría en formato CAD en las que la parte superior de la caja se ha hecho invisible para mostrar los detalles interiores. El dispositivo está diseñado para que la propagación tenga lugar en la región de aire entre los hongos y la parte superior de la caja. Como la anchura de la región de aire es de sólo un milímetro, se utiliza un tamaño de malla FDTD bastante pequeño, de 0,2 mm, para proporcionar suficiente resolución a los campos. Una vista tridimensional de la malla cerca de uno de los puertos se muestra en la Figura 3, donde la visualización de la caja metálica y el sustrato dieléctrico está desactivada para mostrar los detalles. La función de mallado XACT se utiliza para las partes EBG y microstrip de la geometría para mallar con precisión las curvas y los bordes.
Figura 1: Representación CAD de la geometría desde arriba. Aquí se ha retirado la tapa de la caja metálica que contiene el dispositivo para mostrar el contenido del interior.
Figura 2: Vista CAD de la geometría mostrada en ángulo con la parte superior de la caja eliminada.
Figura 3: Vista tridimensional de la malla XFdtd del dispositivo cerca de uno de los puertos. En esta vista se han retirado la caja y el sustrato para mostrar el detalle interior.
El dispositivo se excita mediante puertos de guía de ondas TEM conectados a cada extremo de la línea microstrip. La excitación, mostrada en la Figura 4, se aplica con una señal de frecuencia limitada con contenido de unos 5 a 12 GHz a uno de los puertos. Los datos de los parámetros S y de la imagen de campo se guardan como salida.
Figura 4: Patrón de campo de la excitación de entrada en el puerto 1, donde los campos se muestran principalmente entre la línea microstrip y la cubierta metálica.
El cálculo se ejecuta en una tarjeta GPU NVidia Tesla C1060 en aproximadamente 39 minutos y utilizando unos 206 MB de memoria. El cálculo tarda bastante en converger debido a los campos resonantes de la caja, que decaen lentamente.
Tras la simulación, los parámetros S calculados pueden compararse con los datos medidos presentados en el artículo [1]. En las figuras 5 y 6 se comparan los resultados de S11 y S21, respectivamente, con los datos medidos y se obtienen resultados similares. En la Figura 7 se representa la distribución del campo eléctrico en estado estacionario a 9 GHz en el centro de la región de aire por encima de la superficie EBG. Aquí se puede ver que los campos están contenidos en la región por encima de la línea microstrip como se esperaba. Por último, las corrientes de conducción de estado estacionario en la superficie EBG se trazan a 9 GHz y se muestran en la Figura 8 y de nuevo la intensidad de campo se puede ver a caer de manera significativa lejos de la línea de microstrip.
Figura 5: Comparación de la pérdida de retorno (S11) del dispositivo simulado en XFdtd con los datos medidos.
Figura 6: Comparación de S21 del dispositivo entre los resultados XFdtd simulados y las mediciones.
Figura 7: Distribución del campo eléctrico en estado estacionario a 9 GHz en el centro de la región de aire entre la superficie EBG y la tapa metálica de la caja. Los campos están estrechamente limitados a la región microstrip.
Figura 8: Corrientes de conducción en estado estacionario en la parte superior de la superficie EBG. Las corrientes están estrechamente ligadas a la región microstrip.
Referencias
E. Pucci, E. Rajo-Iglesias, P. S. Kildal, "New Microstrip Gap Waveguide on Mushroom-Type EBG for Packaging of Microwave Components," IEEE Microw. Wireless Compon. Letters, Vol. 22, No. 3, Mar. 2012, pp. 129-131.