Analysis, design, optimization and realization of compact high performance printed RF filters

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein modifizierter Querschnitt der mehrschichtigen Koplanarleitung und seine Anwendung fuer Filterzwecke untersucht. Mit Hilfe dieses Querschnittes wurde ein Tiefpass entworfen, der durch das Anbringen von breiten Patches auf dem klassischen Koplanar Waveguide (CPW) Tiefpassfilter realisiert wird. Die Patches sind auf der Ruckseite des Substrates und unter dem kapazitiven Streifen angebracht. Weitere Filter mit Bandpasscharakteristik sind so aufgebaut, dass sie Mikrostreifenleitung, CPW oder aus beiden beinhalten. Ein in der Mitte des Hohlleiters angebrachtes Streifenleitungs-Ultrabreitband-Bandpassfilter mit einem breiten Sperrbereich basiert auf einem Tiefpassfilter, das mit Ein/Aus- Versorgungsleitungen kapazitiv gekoppelt wird. In dieser Arbeit wird auch ein interdigitaler Defected Ground Schlitz vorgestellt und untersucht. Zwei Tiefpassfilter werden dargestellt, die diesen Schlitz benutzen und dabei die Vorteile von kompakten Slots aufzeigen. Es wird eine Losung gezeigt, die die Schwierigkeiten beim Aufbau von Gehausen reduziert, indem die Grundplatte der Schaltung voll metallisiert wird und Schlitze auf dem Substrat geatzt werden. Das Metall des Substrates ist mit der Grundplatte mit Hilfe von Durchganglochern verbunden. Es konnte ein erster Mikrostreifen-Resonators realisiert werden, der drei Resonanzfrequenzen besitzt. Dieser Resonator ist so aufgebaut, dass eine zusatzliche Maander-Mikrostreifenleitung von halber Wellenlange hinzugefugt wurde, die an den zwei gegenuberliegenden Ecken des originalen quadratischen Mikrostreifen- Zweimodenresonators verbunden ist. Zwei Bandpassfilter wurden realisiert mit Hilfe dieses Resonators, der erste mit einer Nullstelle in seinem Sperrbereich und der zweite mit drei Nullstellen. Weiterhin wird auf der Basis von Streifenleitungen ein Hohlleiter-Zweimodenresonator vorgestellt, es ist der erste Zweimodenresonator in dieser Technologie. Zwei weitere kompakte Filter werden entworfen, gefertigt und getestet, die zwei Durchlassbereiche besitzen und auf dem Einsatz eines Zweimodenresonators aufbauen. Der erster Filter ist ein Mikrostreifen- Filter, er wurde realisiert durch das Einfugen von Nullstellen im Durchlassband eines Breitbandfilters durch die Benutzung eines quadratische scheifen Zweimodenresonator. Der zweite Filter ist ein Filter mit bereits vorher vorgestellten Hohlleiter-Streifenleitungen. Der Filter wurde realisiert durch die Aufteilung der Moden von Zweimodenresonator in zwei Frequenzbander.

This thesis introduces and investigates different multilayer structures and their filter apllictions. Compact quasi-lumped filters are introduced using this Technology. Low-pass filter is designed using this structure by adding wide patches to the classical coplanar waveguide low-pass filter at the back side of the substrate and under the capacitive lines. Bandpass filters are introduced, these filters are constructed to be integrated with microstrip line, coplanar waveguide, and both. Moreover, a suspended stripline ultra-wideband bandpass filter with very wide stopband is introduced by coupling low-pass filter capacitively with the I/O feeding lines. The thesis also introduces and investigates an interdigital defected ground slot. The slot is very compact compared to the other known slots. Two low-pass filters are presented using this slot showing advantages of the compact slot. Moreover, the thesis presents a solution to reduce the packaging difficulties by keeping the ground plane of the circuit fully metallized and etching the slots on the superstrate, which is directly laying on the top of the substrate. The metal of the superstrate is connected by via holes to the ground plane. Further more, the thesis also introduces the first microstrip realization of triple-mode resonator. This resonator was realized by adding an additional meander half wavelength microstrip line connected to two opposite corners of the original microstrip square-loop dual-mode resonator. Two bandpass filters are realized using this resonator, the first one with a transmission zero in its stopband, and the second one with three transmission zeroes in its stopband. Moreover, a realization of suspended stripline dual-mode resonator is presented in this thesis, which is the first dual-mode resonator for this technique. Very compact bandpass filters are designed fabricated and tested using this resonator. Dual-band bandpass filters are realized by using dual-mode resonators. The first filter is a microstrip one is realized by introducing transmission zero in the passband of a broadband bandpass filter by using square-loop dual-mode resonator. The second introduced filter is a suspended stripline one. The filter is realized by splitting the modes of the dual-mode resonator into two frequency bands.