具有改善的寄生波损耗和抑制的V波段介质填充波导滤波器的设计外文翻译资料

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第44届欧洲微波会议论文集

具有改善的寄生波损耗和抑制的V波段介质填充波导滤波器的设计

Luke Murphy，Moshen Yazdani 和 David Bates Dielectric Laboratories Inc.，Cazenovia，NY， 13035，USA lmurphy@dilabs.com

Joseph Mautz和Ercument Arvas

欧洲经委会部门

锡拉丘兹大学，锡拉丘兹，纽约，13244，美国

萨米尔托津

阿联酋阿治曼阿治曼大学EE系

摘要 - 本文介绍了V波段可表面贴装或线/带可焊接介质填充波导带通滤波器的设计和制造。滤光片基于氧化铝99.6％基板，并利用新型微带到波导转换（MWT）。滤波器在其带宽上提供2.6dB或更高的插入损耗以及14dB或更好的回波损耗。滤波器的中心频率分别为59GHz和62GHz，带宽为其工作频率的3％。通过模拟结果和测量结果之间的良好一致性验证结果。

关键词 - V波段，介质填充波导，微波滤波器，带通滤波器（BPF）。

1. 中讨论的平面滤波器的缺点是寄生波的传播会影响高频滤波器的性能。使用新型MWT的V波段电介质填充波导滤波器的设计过程在本文的第一部分中给出。在第二部分中引入寄生波，并研究了这种现象对带通波导滤波器性能的影响。研究测量结果并与使用商业分析软件计算的结果进行比较。
   1. 介绍

波导滤波器的性能远远优于微带滤波器。电介质填充波导滤波器还可显着降低空心波导滤波器的足迹尺寸，而不会牺牲滤波器性能[1]。除了高性能和低制造成本之外，与RF和毫米波频率的平面微带滤波器相比，介质填充波导具有小尺寸和避免辐射损耗[2] - [3]。近年来，使用SIW结构对V波段频率的低插入损耗介质波导滤波器的设计和制造给予了相当大的关注。在[4]中报道了使用新型集成波导过渡的V波段平面窄带通滤波器。使用基板集成波导

（SIW）在氧化铝基板中构造滤波器，采用新颖的微带线 到波导过渡（MWT），基于测量可以支持高达50％的带宽。然而，平面滤波器或基板集成波导（SIW）滤波器遭受由 通孔壁形成的非理想波导壁引起的辐射损耗，尤其是在较 高频率下，这导致这些滤波器的通带区域处的高插入损耗。这可以通过采用实心壁而不是通孔来部分地改善，这提供 了更好的插入损耗。正如[5]中提到的，MWT可以轻松实现 倒装芯片安装，从而可以轻松集成到MMIC系统中。一

• 1. 过滤器设计

介质波导滤波器的设计包括两个主要步骤。第一步是根据所需的响应特性选择合适的低通原型。然后将低通原型滤波器的元件值变换为LC元件，以获得所需的截止频率和源阻抗。第二步涉及设计合适的波导部分，以接近与所需滤波器的集总元件相关的理论L和C值[6]。滤波器的总体布局如图1所示。

图1.用途介质填充波导滤波器的布局

该滤波器由4个半波长谐振器，完全金属化的槽组成，用于设置波导长度和耦合间隙，以及完成微带到波导的过渡

978-2-87487-035-4  2014 EuMA 1115 2014年10月6日至9日，

意大利罗马

如图2所示，具有一对四分之一波长短路短截线。

图2.过滤器结构

完全金属化的波导壁和槽消除了对通孔壁间距和通孔直径进行优化的需要，以最小化对应于通孔壁的泄漏损耗， 如[4]中所述。这是一个主要的性能改进，因为完全金属化的波导壁也提供了由平面SIW型滤波器常见的通孔行所产生的壁的损耗改善，因为电磁波仅与内部波导壁上的导体损耗相比，与通孔上的导体损耗相结合。泄漏损失。使用模拟结果，确定短路短截线长度，宽度（w），来自第一槽的短截线间距和第一谐振器长度对外部品质因数Q提取的影响。调整这些尺寸用于控制Q提取 与[4]中的目的内部接地。这四个参数确保了从微带到波导的良好匹配，并且可以将这些参数的调谐视为调谐LC匹配网络。耦合系数由间隙g12，g23和g34控制。利用[7]的众所周知的滤波器合成技术，设计了一个切比雪夫滤波器，其纹波为中心频率为0.1dB，带宽为2GHz（3.3％）。[7]中的技术提供23.35的Q提取 和耦合系数k12= k34= 0.0336和k23 = 0.0249。计算和模拟的结果产生w = 3.5密耳，s = 12密耳，g12 = g34 = 17密耳，和g23 = 17.75密耳。使用商用FEM分析仪进行最终过滤器优化。它是在氧化铝上设计的，εr = 9.8，损耗tan = 0.0004。

• 1. 寄生波和测量结果

为了验证设计过程，设计，制造和测试了两个介质波导滤波器。第一个滤波器设计用于62GHz的中心频率，并使用上面列出的相同设计程序设计和制造以59GHz为中心的第二个滤波器。两种滤波器都是采用带状键合激发方法设计的，但值得注意的是，MWT也很容易针对倒装芯片安装应用进行优化。如前所述，平面波导滤波器通常遭受由寄生波传播引起的损耗。在图3-4中可以观察到

寄生波可以在倒装芯片或带状粘合应用中产生。

图3.介质填充波导滤波器的倒装芯片安装中的寄生波。

图4.介质填充波导滤波器的带状键合安装中的寄生波。

先前在图1-2中所示的完全金属化的壁通过屏蔽过滤器的 端部消除了这些寄生波中的一个，并且不需要如[5]中提 到的任何额外的盖子。在带状结合情况下，通过适当的接 地或吸收器抑制剩余的寄生波。制造的部件使用N5227A PNA，高频电缆和GSG探针台进行测试。使用定制校准基板 以确保对测量结果的准确校准。从图5可以看出，滤波器 的插入损耗为0.8dB，在较低的通带边缘处降至2.1dB MAX。

图5. 62GHz滤波器的测量和模拟性能

整个频段的回波损耗约为15dB或更好，并且在3GHz处的抑制电平为40dB和30dB或更好

分别为更低和更高的通带边缘。图6给出了59GHz滤波器的类似结果。

图6. 59GHz滤波器的测量和模拟性能。

滤波器的插入损耗通常为1.5dB或更高，在较低的通带边缘处降至2.6dB MAX。整个频段的回波损耗为15dB或更好，在通带边缘的3GHz处，抑制电平优于40dB。与其他文献的滤波器相比，频带中心的插入损耗为3-3.2dB，性能随着通带边缘而降低是常见的。具有相似的中心频率，带宽和尺寸足迹，本文的滤波器提供0.8-1.5dB MAX插入损耗，最差情况为2.6dB，表现出平面或SIW滤波器的最佳情况。本文中使用的滤波器也提供了更好的抑制特性。图7 显示了最终制造的过滤器。两种滤光片的尺寸均为5.6mm x 1mm x 0.254mm。

图7.美国penny制造的过滤器。

• 1. 结论

设计并制造了两个以59GHz和61GHz为中心的V波段介质波 导滤波器。滤波器采用新型微带至波导转换（MWT），提 供优于2.6dB的MAX插入损耗，以及14dB或更高的回波损耗。电介质波导滤波器的完全金属化的壁提供了优于寄生波抑 制的平面波导滤波器的优点。与平面滤波器相比，设计的 滤波器具有更低的损耗，体积小，并且允许使用倒装芯片 技术或带状键合技术轻松集成到系统中。

引用

1. CY Change和WC Hsu，“新型平面，方形，介质波导，单模和双模滤波器”，IEEE Trans。关于微波理论与技术，第一卷。50，No。11，pp.2257-2536,2002。
2. AC Kundu，“宽带TEM模式平面矩形介质波导带通滤波器及其小型化” ， IEEE MTT-S Int 。 微波Symp 。 Dig 。， Phoenix ， AZ ， pp.381-384,2002。
3. HC Chen等人，“ Ka-band 的全平面双模非对称滤波器”， IEEE Microwave and Wireless Comp。信件，第一卷12，No.3，pp.111- 113,2003
4. ST Choi等人，“使用新型集成波导转换的V波段平面窄带通滤波器”，IEEE微波和无线比较。信件卷14，第12期，第545-547页， 2004年。
5. M. Ito等人，“用于倒装芯片模块的60GHz频带平面介质波导滤波器”，IEEE Trans。关于微波理论与技术，第一卷。49，No。12， pp.2431-2436,2001。
6. M. Yazdani，L。Murphy，A。Mallahzadeh，E。Arvas和J. Mautz。“双脊波导滤波器的设计采用传统的阻抗低通滤波器方法。”微波 和光学技术快报。卷。56，第1期，2014年1月，第120-124页
7. JH Hong和MJ Lancaster，用于射频/微波应用的微带滤波器。第1 版，纽约，纽约：John Wiley＆Sons，Inc。，第40-130页，2001 年。
8. L. Murphy，M。Yazdani，E。Arvas，“采用阶梯式阻抗谐振器和新技术的紧凑型低通滤波器中的超宽阻带，”超宽带（ICUWB），2012 IEEE International Conference on，vol。，no。 ，pp.92,94， 2012年9月17日至20日。

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