Hohlraumfilter mit evaneszentem Mode in LTCC-Technologie

Zur Miniaturisierung von Hochfrequenzfiltern werden in dieser Arbeit Hohlraumfilter mit evaneszentem Mode unter Verwendung von Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken realisiert und verifiziert. In der LTCC- (engl.: low temperature co-fired ceramics) Technologie werden Bandpassfilter mit fester Mittenfrequenz zwischen 10 GHz bis 20 GHz, frequenzagile Filter und eine Filterbank entwickelt sowie die Funktionalität der Topologie in einem hochintegrierten analogen synchronen QPSK-Überlagerungsempfänger demonstriert.Ein vorgestelltes Hohlraumfilter mit evaneszentem Mode hat eine Mittenfrequenz von 15 GHz. Seine minimale Einfügedämpfung beträgt 1,84dB bei einer Bandbreite von 554 MHz und einem unbelasteten Gütefaktor von 250. Der Vergleich zu einem konventionellen substratintegriertem Hohlraumfilter demonstriert eine Größenreduzierung um 50% durch die Verwendung eines evaneszenten Modes. Die Verwendung eines evaneszenten Modes bietet neben der Flächenersparnis den Vorteil eines höheren Verstimmbarkeitsbereiches, weshalb frequenzagile Filter entwickelt wurden. Bei einer relativen Verstimmbarkeit von 3,8% liegt der Gütefaktor zwischen 161 und 146. Es wurde eine hochintegrierte schaltbare Filterbank gefertigt, bei der vier miniaturisierte Filter und MEMS-Wechselschalter als Umschaltelemente zum Einsatz kommen. Neben der Verwendung eines evaneszenten Modes wurde die Filterbank durch die Fertigung der Einzelfilter im gleichen Substrat und damit durch den Wegfall eines zusätzlichen Trägermaterials sowie durch die Übereinanderanordnung der Einzelfilter miniaturisiert. Für die Anwendung der Trägerrückgewinnung in einem Überlagerungsempfänger mit analoger synchroner QPSK-Demodulation wurde ein Filter mit einer Mittenfrequenz von 20 GHz und einer Bandbreite von 292 MHz entworfen und messtechnisch verifiziert, das eine scharfe Trennung zwischen Stopp- und Durchgangsband bietet. Es wurde ein hoch kompaktes LTCC-Modul entwickelt, bei dem der monolithisch integrierter Mikrowellenschatkreis zur Trägerrückgewinnung über dem Filter angeordnet ist und die Funktionalität des Filters gezeigt wurde.Mit der Entwicklung von miniaturisierten Filtern, frequenzagilen Filtern sowie einer hochintegrierten und kompakten Filterbank wurde dem bis heute anhaltenden Trend Rechnung getragen, dass bei Kommunikationssystemen immer mehr Funktionalität in einem immer kleineren Volumen integriert wird. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Miniaturisierung von Kommunikations- und Radarsystemen, da Hochfrequenzfilter einen großen Flächenbedarf im Vergleich zu anderen Systemkomponenten haben.