混合型光子晶體電源層結構

由於光子晶體電源層為嵌入式的結構，故可利用具有兩個或更多不同週期 的混合型光子晶體電源層[23]，藉由同時具備各週期之光子晶體的截止頻帶，可 達到寬頻雜訊抑制的效果。

圖3-17 r = 1.45mm 和 r = 2mm 之能隙分佈圖

在設計混合型光子晶體電源層時，可利用能隙分佈圖預測不同週期光子晶 體之截止頻帶，進而設計兩種週期其截止頻帶在疊合後可達到一連續且寬頻的截 止頻帶。而由圖 3-16 可知，兩光子晶體所使用的高介電圓盤半徑 r 若是相同，

無論設計兩光子晶體之晶格常數a1 和 a2 如何設計，在某頻段始終無法達到雜訊 抑制的效果，故兩光子晶體必須選用不同半徑之高介電圓盤，所設計出之混合型 光子晶體電源層才可達到更寬頻的雜訊抑制效果。圖 3-17 為對應兩不同大小高 介電圓盤半徑r 的能隙分佈圖，分別為 r = 1.45mm 和 r = 2mm，而高介電材質之 介電常數為 100，基底材質之介電常數為 2.2。由圖中可見，若使用此兩種不同 半徑的高介電圓盤作設計，得到的兩截止頻帶可疊合出一連續且寬頻的截止頻 帶。選定兩種光子晶體之晶格常數a 和高介電圓盤半徑 r 分別第一種的 (a, r) = (9mm, 2mm) 和第二種的 (a, r) = (9mm, 1.45mm)，第一種光子晶體的截止頻帶位 於3.2 ~ 5.4GHz 和 6.3 ~ 8.6GHz，第二種光子晶體的截止頻帶位於 4 ~ 7.5GHz 和8.5 ~ 9.6GHz，故所設計的混合型光子晶體電源層之目標為 3.2 ~ 9.6GHz 的寬 頻截止頻帶。

圖3-18 混合型光子晶體電源層之測試板

基於以上截止頻帶設計之兩光子晶體尺寸參數，設計製作一混和型光子晶 體電源層之測試板以作驗證。圖3-18 為所設計之測試板，基底介質選用 Rogers/RT Duroid 5880，其介電常數 DK2 等於 2.2，厚度為 0.8mm，高介電材質之介電常數 DK1 約為 100，整個測試板尺寸為 100mm × 36mm，觀測埠的分別在測試板兩 端以 SMA 接頭量測其傳遞參數 S21。圖 3-19 使用網路分析儀量測和利用 HFSS 模擬兩測試板和其參考板所得傳遞參數S21的結果，由圖中可發現模擬與量測的 結果非常接近。在3 ~ 9.6 的頻段範圍混合型光子晶體電源層均有超過 20dB 的雜 訊抑制效果，與所設計之截止頻帶範圍非常相符。在5.5 ~ 6.5 的頻段範圍 S21有 升起的現象，此頻段範圍為第一種光子晶體的通帶，但由於位於第二種光子晶體 的第一截止頻帶，故整個截止頻帶由第一種光子晶體的第一截止頻帶連續至其第 二截止頻帶；第二種光子晶體之第二截止頻帶8.5 ~ 9.6GHz 也有出現在圖中，但 其截止效果與前述的截止頻帶相比較差，此乃由於高階的截止頻帶需要更多的週 期數才能有較好的效果。

圖3-19 混合型光子晶體電源層板與參考板的 S21量測及模擬結果