Novel dual-band LTCC bandpass filters for microwave applications

Résumé

L’idée d’utiliser un seul système de communication sans fil pour plusieurs bandes de fréquence simultanément a orienté une partie des recherches sur la communication sans fil vers la conception de composants micro-ondes bi-bandes. Cette double fonctionnalité des composants entraîne une faible consommation d’énergie, une réduction de la taille du système et une diminution efficace des coûts. Cependant, des spécifications telles que le type de circuit, la plate-forme de mise en oeuvre, la fréquence, les dimensions, les performances, etc. ont créé des défis sévères dans ce domaine. Dans plusieurs systèmes de communication bi-bandes, l’un des composants les plus importants est le filtre passe-bande hyperfréquence (BPF : bandpass filters). Les réseaux de filtrage permettent aux signaux de passer entre deux fréquences spécifiques et de bloquer les signaux indésirables ou de les atténuer. Dans notre étude, nous nous concentrons sur la conception, la réalisation physique et la fabrication des filtres à deux bandes passantes de tailles très compactes en utilisant la technologie LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic). Parmi les stratégies normales pour fabrication des filtres, l’éléments localisés est utilisé afin d’avoir les circuits plus petits aux fréquences inférieures à 6 GHz. Dans différentes options pour réalisation l’éléments localisés, la technologie LTCC est fortement recommander grâce à la possibilité d’intégration des circuits avec réduction de la taille et des pertes par l’utilisation des diélectriques à faible perte en multicouches. Dans un premier temps, nous présentons un nouveau schéma pour un filtre Chebyshev de deuxième ordre à deux bandes passantes en LTCC. En utilisant l’analyse en mode pair et impair, le mécanisme de travail du schéma est complètement décrit mathématiquement et une procédure de synthèse directe est présentée pour calculer les valeurs des éléments localisés correspondants aux fréquences centrales et la largeur de bande a été assignées. Cette procédure de conception s’appuie autant que possible sur les formules analytiques. La nature de la réponse en fréquence du circuit est établie par la combinaison de quatre pôles, quatre zéros et un séquençage spécifique entre eux. Quatre zéros de transmission sont générés pour bloquer les fréquences hors bande et rejeter les signaux parasites. Les limitations du schéma et de la procédure de conception proposés sont complètement discutées, et deux annexes sont fournies pour la procédure de démonstration des formules analytiques. Ensuite, la topologie et la technique de synthèse du filtre sont appliquées à la conception d’un filtre passe-bande à double bande (D-BPF : dualband bandpass filter) fonctionnant dans les bandes de fréquences 0.9 et 2.45 GHz industrielles, scientifiques et médicales (ISM) et fabriqué en technologie LTCC. Les résultats de mesure montrent un excellent accord entre la simulation électromagnétique (EM) et le prototype fabriqué. En plus, un nouveau schéma d’un filtre à band étroite en LTCC contenant deux pôles et deux transmission zéro est présenter pour l’application band étroite industriel (SNBPF). La réponse fréquentielle de passe-bande est établi par les deux pôles et deux TZ sont désignés des deux côtés de la bande passante pour rejeter les signaux parasites. En raison de la symétrie du réseau, similaire à DBPF, l’analyse en mode pair et impair est utilisé afin d’expliqué le mécanisme de travail. En outre, une procédure de conception est fournie pour appliquer la nouvelle topologie à différentes fréquences du spectre. Puis, nous démontrons que le simple passe-bande est généralisé à une réponse en fréquence à double bande (DNBPF) en manipulant le schéma du filtre SNBPF. Le mécanisme de travail et la méthodologie de conception de DNBPF sont fournis. Pour valider la théorie des schémas proposés, deux exemples de conception sont synthétisés et prototypés en LTCC. A la fin, nous proposons une technique rapide pour la réalisation de valeurs des éléments localisé dans une layout physique sur LTCC. En fonction du nombre d’éléments, des dimensions du circuit, du couplage mutuel et des effets parasites, le circuit nécessite des optimisations fastidieuses, et cette étape peut être très frustrante pour les concepteurs. Dans cette technique, en utilisation une stratégie de corrélation entre les simulateurs ADS (Advanced Design Simulator) et HFSS (High Frequency Structure Simulator), le temps de traitement de la réalisation physique est considérablement réduit en raison de l’élimination des étapes de réglage. L’utilité de cette technique est démontrée par le biais d’un D-BPF entièrement synthétisé.

Date	29 mars 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ammar B. Kouki (Directeur(-trice))