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基于人工表面等离激元的小型化高共模抑制平衡式滤波功分器
Compact Balanced Filtering Power Divider With High Common Mode Suppression Level Using Spoof Surface Plasmon Polaritons
| 作者 | Yi Song · Jiehao Yu · Qian Yang · Mengran Zhao · Gang Liu · Anxue Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 平衡滤波功分器 类表面等离子体激元 截止频率 共模抑制 微带 - 槽线过渡结构 |
语言:
中文摘要
本文基于类表面等离子体激元(SSPPs)提出了一种具有可控截止频率的紧凑型超宽带平衡滤波功分器(FPD)。首先,为实现尺寸小型化,采用工字形微带结构设计了一种紧凑型 SSPP 单元,并对其色散特性进行了分析。其次,利用微带 - 槽线(MTS)过渡馈电结构和 T 形槽线结构设计了一种具有高共模(CM)抑制水平的平衡高通功分器(PD)。MTS 过渡馈电结构实现了差模(DM)高通响应和高共模抑制水平,T 形槽线结构实现了功率分配功能。然后,将平衡高通 PD 与低通 SSPP 结构相结合,设计了一款中心频率为 2.4 GHz、3 dB 分数带宽为 116% 的平衡 FPD。该 FPD 的上下截止频率可独立控制,带内共模抑制水平高于 35 dB,并加载电阻以改善隔离度。最后,制作并测试了这款尺寸紧凑、共模抑制水平高的平衡 FPD。
English Abstract
In this article, a compact ultrawideband balanced filtering power divider (FPD) with controllable cutoff frequencies is proposed based on the spoof surface plasmon polaritons (SSPPs). First, a compact SSPP unit cell is designed using the I-shaped microstrip structure for size miniaturization, and the dispersion characteristics are analyzed. Next, a balanced high-pass power divider (PD) with high common mode (CM) suppression level is designed using the microstrip-to-slotline (MTS) transition feeding structure and T-shaped slotline structure. A differential mode (DM) high-pass response and a high CM suppression level are achieved by the MTS transition feeding structure, and the function of power division is achieved by the T-shaped slotline structure. Then, by combining balanced high-pass PD and low- pass SSPP structure, a balanced FPD with a center frequency of 2.4 GHz and 3-dB fractional bandwidth of 116% is designed. The low and upper cutoff frequencies can be controlled independently, and in-band CM suppression level is above 35 dB, and the resistors are loaded for improving the isolation. Finally, the balanced FPD with compact size and high CM suppression level is fabricated and measured.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于仿表面等离激元(SSPP)的平衡滤波功分器技术在电磁兼容和信号处理层面具有一定的参考价值,但与公司核心业务的直接关联度有限。
该技术的核心创新在于通过I型微带结构实现小型化设计,并利用微带-槽线转换和T型槽线结构实现差模高通响应和高达35dB的共模抑制。对于阳光电源的光伏逆变器和储能变流器而言,功率器件开关过程产生的高频噪声和电磁干扰一直是系统设计的关键挑战。该技术展示的超宽带滤波特性(116%的3dB分数带宽)和可控截止频率设计思路,理论上可为逆变器内部信号调理电路、通信模块的射频前端提供新的EMI抑制方案。
然而,需要客观认识到几个技术适配性问题:首先,论文聚焦于2.4GHz中心频率的射频应用,而光伏逆变器的主要EMI问题集中在开关频率及其谐波(通常几十kHz至数MHz),频段差异显著;其次,功分器主要用于射频信号分配场景,与逆变器的大功率电力电子架构存在应用场景错位;第三,SSPP结构对PCB工艺精度要求较高,在成本敏感的新能源装备中需权衡性价比。
潜在应用机会可能存在于储能系统的无线通信模块、智能光伏组件的物联网通信单元等边缘场景,特别是在5G通信基站储能等对射频性能有要求的细分领域。但整体而言,该技术属于射频微波领域的学术探索,距离阳光电源主营业务的工程化应用尚有较大距离,更适合作为前沿技术跟踪储备而非短期产品开发重点。