Resultados del uso de capacitores en una estructura EBG

Como se ha mostrado, el filtro EBG está limitado en cuanto al ancho de banda de supresión en comparación con otros filtros. Además, la frecuencia central más baja que se puede obtener, sin incrementar considerablemente el tamaño ya establecido para la estructura, es de alrededor de 8 GHz. Es por eso que se pensó en combinar los efectos de los capacitores de desacoplamiento con los de las estructuras EBG para cubrir un amplio espectro, desde frecuencias bajas, de alrededor de 3 GHz, hasta frecuencias más altas en el orden de 10 a 15 GHz. Al colocar los capacitores SMT de 1 pF en el filtro EBG se obtuvieron mejoras significativas en la respuesta.

En la fig. 4.4 se muestran los resultados de simulación y medición de la estructura. Se puede observar que para el caso de la medición, la atenuación ha aumentado, teniéndose un máximo de -37 dB en 3.7 GHz. La frecuencia de corte inferior se encuentra alrededor de los 3.13 GHz y la superior se encuentra en 12.9 GHz resultando en un ancho de banda

92 suprimida de 9.77 GHz el cual es comparable al de filtros reportados en otros trabajos sin embargo, en este caso los resultados se logran en un área de circuito mucho menor.

Los resultados de simulación para el caso de la fig. 4.4 tienen diferencias con respecto a los resultados de medición. Esto se debe a que para representar al capacitor SMT en la simulación, sólo se agregó un elemento discreto con capacitancia de 1 pF el cual no considera los efectos del circuito equivalente del capacitor. A pesar de eso los resultados de simulación son lo suficientemente acertados para tener una aproximación del comportamiento del filtro EBG y para determinar el intervalo de frecuencias de operación.

Figura 4.4 Resultados de medición y simulación del filtro supresor de banda con estructuras EBG y capacitores de 1 pF.

En la fig. 4.5 se muestra una comparación de las mediciones del parámetro S21 realizadas al

filtro EBG antes y después de la colocación de los capacitores SMT de 1 pF. Se observa que en el filtro sin capacitores se tiene un ancho de banda de supresión más estrecho además de que la atenuación máxima es más limitada y no se tiene atenuación alguna en bajas frecuencias. 0 2 4 6 8 10 12 14 -40 -30 -20 -10 0 -3 Frecuencia (GHz) Pará m et ro S21 (dB)

Filtro EBG con capacitores de 1pF medición vs simulación

Medición Simulación EM

93 Al colocar los capacitores SMT de 1 pF se observa una notable mejoría en la respuesta del filtro. Debido a la combinación de los efectos del capacitor y de la estructura EBG, tanto la banda de supresión como la atenuación del filtro aumentan notablemente. Se puede observar que la atenuación máxima tiene un incremento de alrededor de 30 dB y que el incremento en la atenuación se da no sólo en la zona de bajas frecuencias (menores a 5 GHz) donde opera el capacitor SMT sino que también ocurre en la zona de operación de la estructura EBG (alrededor de 8.5 GHz), donde los niveles de atenuación tienen un incremento de alrededor de 15 dB por lo que no sólo se agregaron al filtro los efectos del capacitor de desacoplamiento sino que también mejoró la respuesta en la zona de operación del EBG. Esto provocó un incremento en el ancho de banda de supresión de alrededor de 7.5 GHz con respecto al EBG sin capacitores. En la grafica de la fig. 4.5 se observa que hay una región de atenuación cerca de los 2 GHz (frecuencia que utilizan actualmente los procesadores) y posteriormente a partir de 3.13GHz se tiene una región de supresión de banda hasta los 12.9 GHz lo cual significa que se puede atenuar una frecuencia fundamental de 2 GHz y sus cinco primeros armónicos, los cuales corresponden a las frecuencias de 4 GHz, 6 GHz, 8 GHz, 10 GHz y 12 GHz, es decir, los cinco primeros armónicos de una señal digital.

Figura 4.5 Comparación de la respuesta en frecuencia del filtro EBG con y sin capacitores SMT.

0 2 4 6 8 10 12 14 x 109 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -3 Frecuencia (Hz) Pará m et ro S21 (dB)

Respuesta en frecuencia medida del filtro EBG con y sin capacitor

Filtro EBG sin capacitores

Filtro EBG con capacitores de 1pF

f=3.13 GHz f=2GHz

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Tabla 4.1 Resultados de medición de filtros EBG y EBG – Híbrido.

Tipo de Filtro Banda rechazada @-3 dB (GHz) BW (GHz) At. máxima (dB) Filtro EBG 7.9 – 10.10 2.2 10 EBG Híbrido (con capacitores) 3.13 – 12.9 9.77 37

Esto se puede observar en la Tabla 4.1 donde se ilustran los resultados para el filtro EBG y para el filtro EBG Híbrido (con capacitores de 1 pF). El filtro que sólo se compone de estructuras EBG tiene una banda de supresión de 2.2 GHz y su frecuencia de operación mínima es de 7.9 GHz. Además, la atenuación máxima conseguida con este filtro fue de 10 dB.

Por otra parte, el filtro EBG con capacitores SMT (filtro EBG híbrido) como el de la fig. 4.3 tuvo una banda de supresión de 9.77 GHz, lo cual como se mencionó anteriormente representa un incremento de 7.5 GHz. En este caso la frecuencia de corte mínima que se pudo alcanzar fue de 3.13 GHz y la máxima de 12.9 GHz con una atenuación máxima de 37 dB. Estos incrementos en atenuación y banda rechazada se consiguieron sólo con la colocación de los capacitores SMT lo que representa una ventaja, ya que el tamaño y estructura del filtro original no se ven modificados. Estos resultados indican que se pueden construir filtros con amplias bandas de supresión y buenos niveles de atenuación en áreas de circuito pequeñas mediante la combinación de capacitores SMT y estructuras EBG.