Fully planar slow‐wave substrate integrated waveguide based on broadside‐coupled complementary split ring resonators for mmWave and 5G components

Abstract

The authors propose a new metamaterial‐inspired substrate integrated waveguide (SIW) that utilises broadside‐coupled complementary split ring resonators (BC‐CSRRs) instead of metalised via holes, to confine propagation within the guiding channel. Due to the resonant behaviour of the BC‐CSRRs, blocking of in‐plane propagation is achieved in a straightforward and efficient manner. The final waveguide is synthesised by employing two rows of CSRRs instead of each via row, resulting in a fully‐planar, easy to fabricate, cost‐effective solution. This new waveguide exhibits outstanding propagation characteristics, with losses close to those of the conventional SIW, providing a highly promising platform to implement low‐cost planar components for millimetre‐wave applications. To further confirm the potential of implementing CSRR‐based SIW components, they provide designs of leaky‐wave antennas in the X‐ and Ka‐band, utilising this new concept.

A Review on Metamaterial Application in Microstrip and Substrate Integrated Waveguide Antenna Designs

“…The antenna has performed well in 5G frequency band ranging from 26.3 GHz to 28 GHz as well as exhibited a directional radiation pattern of maximum gain 8 dBi. A detailed analysis of the CSRR-SIW has been presented in [95]. The designs of CSRR-SIW-based periodic LWAs for X-band and Ka-band applications have also been reported in [95].…”

“…A detailed analysis of the CSRR-SIW has been presented in [95]. The designs of CSRR-SIW-based periodic LWAs for X-band and Ka-band applications have also been reported in [95].…”

Performance analysis of a novel metamaterial-inspired substrate-integrated cavity for 5G applications

“…However, the fabrication procedure of the SIW and SIC devices can be cumbersome and costly since the drilling and the metallization injection are required for a considerable number of via holes [1]. Consequently, a fully-planar counterpart has been proposed recently, where the via holes are effectively replaced by metamaterial-inspired elements, particularly broadside-coupled complementary split-ring resonators (BC-CSRR) [9]. In contrast to the physical conductive boundary of the conventional SIW, the BC-CSRRs form a virtual electric field wall that confines the power inside the desired region.…”

“…Additionally, the resonators are imprinted on the substrate, which facilitates significantly the fabrication procedure, while it retains the ability to integrate components into a single substrateintegrated platform. Specifically, several antenna configurations have been proposed such as a leaky-wave antenna with adjustable main-lobe [9], an H-plane sectoral-horn antenna [10] and a broadband bow-tie [11].…”

Ανάλυση Και Σχεδίαση Διατάξεων Οδήγησης Και Ακτινοβολίας Με Βάση Υλικά Με Τεχνητές Ηλεκτρικές Και Μαγνητικές Ιδιότητες Για Σύγχρονα Συστήματα Ασύρματων Επικοινωνιών

“…Ως δομικό στοιχείο επιλέγουμε τον συμπληρωματικό συντονιστή διακεκομμένου δακτυλίου ευρύπλευρης σύζευξης (BC-CSRR), μιας και είναι ένα μη-διανισοτροπικό μεταϋλικό, το οποίο συνεπάγεται μια πιθανώς ευκολότερη κατανόηση και ανάλυση των ιδιοτήτων που το χαρακ-Σχήμα 3.3: (α) Κλασσικός SIW (β) BC-CSRR SIW τηρίζουν, και έχει μια αρκετά απλή δομή, χωρίς πολλές λεπτομέρειες, το οποίο αναμένεται να φανεί χρήσιμο στη σχεδίαση διατάξεων σε υψηλές συχνότητες, όπου οι διαστάσεις θα είναι πολύ μικρές. Στο Σχήμα 3.3 απεικονίζονται τόσο ο συμβατικός SIW, όσο και ο νέος SIW, βασισμένος στον συντονιστή BC-CSRR [117,118]. ΄Οπως βλέπουμε, κάθε σειρά από via έχει αντικατασταθεί από δύο σειρές από BC-CSRR, που λειτουργούν ως ηλεκτρικά δίπολα και διεγείρονται από τη συνιστώσα E z του ηλεκτρικού πεδίου, αποτρέποντας την διάδοση στην εγκάρσια διεύθυνση (in-plane propagation).…”