Efectos del número de filas de parches utilizadas a lo ancho de la estructura

La segunda forma en la que se pueden colocar las celdas EBG, es a lo ancho de la estructura del filtro. Colocando las filas de celdas EBG una a lado de otra como se muestra en la fig. 3.19. Del mismo modo que en la sección anterior se tienen tres configuraciones para realizar el estudio. Se parte de una estructura con una fila de tres parches en cada lado de la pista y posteriormente, para formar las otras configuraciones, se agregan más filas de parches a los lados.

Figura 3.19 Configuraciones utilizadas para el estudio de número de filas de celdas EBG a lo ancho del filtro.

En la fig. 3.20 se muestran los resultados de simulación de estas configuraciones de celdas EBG. En principio se puede notar que la frecuencia de corte inferior no se ve afectada por la colocación de las filas de parches adicionales. Sin embargo, se notan algunos cambios en la frecuencia de corte superior ya que la configuración con dos filas de parches presenta

78 una frecuencia de corte de 19.17 GHz la cual es mayor a la presentada en otras configuraciones. Estas diferencias en la frecuencia de corte superior provocan que la configuración de filtro con dos filas de parches tenga un mayor ancho de banda de supresión como se muestra en la Tabla 3.10. Además se presentan ciertos cambios en la atenuación para los diferentes casos, sin embargo, la configuración con una sola fila de celdas EBG presenta los mayores niveles de atenuación.

Debido a lo anterior, se puede deducir que las configuraciones más recomendables son la de una y dos filas de celdas EBG, ya que la primera muestra mayores niveles de atenuación a lo largo de toda la banda de operación y la segunda tiene un mayor ancho de banda de supresión.

Figura 3.20 Resultados de simulación para los filtros con 1, 2 y 3 filas de celdas EBG a lo ancho del filtro.

Tabla 3.10 Resultados de simulación para las configuraciones de 1, 2 y 3 filas de celdas EBG.

No. de Filas Banda rechazada @-3 dB (GHz) BW (GHz) At. máxima (dB) 1 12.91 – 18.45 5.54 30.88 2 12.90 – 19.17 6.27 25.37 3 12.89 – 18.78 5.89 28.06 12 13 14 15 16 17 18 19 20 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -3 Frecuencia (GHz) Pará m et ro S21 (dB)

Variaciones del número de celdas a lo ancho del filtro

1 fila de parches 2 filas de parches 3 filas de parches

79 3.7 Caracterización del filtro EBG construido

Como se había comentado anteriormente en este trabajo de Tesis, para lograr frecuencias de operación más bajas se necesita incrementar el tamaño de las estructuras EBG con el fin de incrementar sus efectos parásitos, lo cual reduce la frecuencia de operación del filtro. Esto representa un inconveniente ya que el incremento en el tamaño de las estructuras hace que sea más difícil aplicarlas en PCBs de tamaños reducidos. Sin embargo, por medio de los resultados obtenidos a través del estudio de simulación de los parámetros que componen la geometría de las estructuras EBG, se realizó el diseño de un filtro que, conservando unas dimensiones máximas establecidas de 15 mm×15 mm, tuviera la frecuencia de corte de la banda de supresión lo más baja posible.

En la fig. 3.21 se muestra la topología de filtro EBG resultante. Se observa una topología parecida a las variantes que se estudiaron en la sección 3.6. En este caso el filtro EBG se compone de cuatro parches rectangulares a cada lado de la pista central de alimentación.

Figura 3.21 Vista superior del filtro EBG mostrando la geometría de la estructura.

La forma en que se colocan las celdas EBG es en un arreglo de dos filas de parches (por lado) a lo ancho de la estructura del PCB para incrementar el ancho de banda de supresión

80 como se mostró en la sección anterior. Además, cada fila está compuesta de dos parches que se colocan a lo largo de la pista central. El uso de dos celdas EBG en cada fila representa un compromiso entre atenuación y ancho de banda de supresión con el tamaño y complejidad de la estructura.

Cada celda EBG tiene un solo via con el fin de reducir la frecuencia de operación del filtro sin cambiar el resto de los parámetros de la estructura. La fig. 3.21 muestra una vista superior de la estructura EBG donde se denotan los parámetros importantes que determinan su funcionamiento, los cuales se describen a continuación:

Los parámetros d y s determinan la separación entre los parches y la separación de éstos

con la pista de alimentación, mientras que el tamaño de los parches está determinado por a

y b. Como ya se mencionó, estos parámetros de la estructura tienen efecto principalmente

sobre la capacitancia parásita que se presenta en la estructura. Una mayor área de parche implica un aumento en la capacitancia de la celda, lo que reduce la frecuencia central de operación. La limitante se encuentra en el tamaño máximo ya que, para que este opere en frecuencias bajas se requeriría de una gran área de parche lo cual podría ser impráctico. Por otra parte, el diámetro de vias es otro parámetro importante en el diseño del filtro, ya que tiene una influencia importante sobre la inductancia de la estructura EBG. Además este es el único parámetro cuyas dimensiones se reducen para trabajar en frecuencias bajas. Esto permite manipular fácilmente la frecuencia de resonancia del filtro sin afectar las dimensiones del resto de los parámetros de la celda EBG. La inductancia máxima que puede presentar el via está determinada por su diámetro. Por lo que si se requiere trabajar en bajas frecuencias de operación el diámetro debe ser reducido.