Elektronisch steuerbare Dual-mode Flüssigkristall-basierte substrat-integrierte Wellenleiter-Bandpassfilter für das W-Band

Während moderne Kommunikation mit wachsenden Bandbreitenansprüchen einhergeht, ist das zugrundeliegende Hochfrequenzspektrum begrenzt. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, den Datendurchsatz mit begrenzten Ressourcen zu erhöhen. Eine mögliche Lösung für Anwendungen mit besonders hoher Datenrate besteht darin, höhere Trägerfrequenzen im V- oder W-Band zu verwenden. Auch werden Anwendungen in den mm-Wellenbändern über 110 GHz intensiv diskutiert. Mit der Zunahme der Frequenz müssen viele neue, in niedrigeren Frequenzbändern bekannte und optimierte Komponenten skaliert, angepasst oder neu untersucht werden. Neben den aktiven Verstärker- und Mischschaltungen besteht ein großer Bedarf an passiven Bauelementen wie Filter oder Antennen. Während im unteren Frequenzbereich diese Komponenten üblicherweise als nicht-abstimmbare Komponenten realisiert werden, sind abstimmbare oder rekonfigurierbare Komponenten für mobile Kommunikationsanwendungen für die angestrebten Frequenzen von großer Bedeutung. Erforderliche Komponenten sind definitiv abstimmbare Antennen mit starker Richtwirkung, die in der Lage sind, die Strahlform und -richtung zu optimieren, um eine nahezu allgegenwärtige Verbindung mit konstanter Servicequalität zu garantieren. Auch abstimmbare Filter sind Schlüsselkomponenten, da sie die Rekonfiguration des gesamten Netzwerks ermöglichen. Dieses Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Realisierung eines abstimmbaren Filters, das sich besonders für den Betrieb bei hohen Frequenzen eignet. Frühere Forschungsergebnisse zeigen die Begrenzung der Standardtechnologien für Schaltungen im mm-Wellenbereich. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist es daher, grundlegende Untersuchungen an einstellbaren Dual-Mode LC-basierten Filtern durchzuführen, die eine substratintegrierte Wellenleitertechnologie verwenden. Der Vorteil der Verwendung von Dual-Mode-Filtern ist seine reduzierte Größe, während der Passband-Stopband-Übergang zur gleichen Zeit definierter realisiert werden kann. Neben den Untersuchungen zur Machbarkeit dieser neuen elektronisch abstimmbaren Dual-Mode-SIW-Bandpassfilter im W-Band werden zusätzliche Forschungsaktivitäten im Bereich Materialcharakterisierung, EM-Simulationen und Filteroptimierung durchgeführt. Das Konzept wird abschließend mit einem abstimmbaren Dual-Mode-SIW-Filter im W-Band demonstriert.

Electronically controllable dual-mode liquid crystal-based substrate-integrated waveguide bandpass filters for the W-band

While modern communication goes hand in hand with growing bandwidth demands, the underlying radio frequency spectrum is limited. There are only a few ways to increase data throughput with limited resources. One possible solution for applications with particularly high data rates is to use higher carrier frequencies in the V- or W-band. Applications in the mm-wave bands above 110 GHz are also being discussed intensively. With the increase in frequency, many new components known and optimized in lower frequency bands need to be scaled, adapted or re-examined. In addition to the active amplifier and mixer circuits, there is a great need for passive components such as filters or antennas. While in the lower frequency range these components are usually realized as non-tunable components, tunable or reconfigurable components are of great importance for mobile communication applications for the targeted frequencies. Required components are definitely tunable antennas with strong directivity, capable of optimizing the beam shape and direction to guarantee a near ubiquitous connection with constant quality of service. Tunable filters are also key components as they enable the reconfiguration of the entire network. This research project focuses on the realization of a tunable filter that is particularly suitable for operation at high frequencies. Previous research results show the limitation of standard technologies for circuits in the mm-wave range. The main objective of this research project is therefore to perform fundamental investigations on tunable dual-mode LC-based filters using a substrate-integrated waveguide technology. The advantage of using dual-mode filters is its reduced size, while the passband-stopband transition can be realized more defined at the same time. In addition to investigating the feasibility of these new electronically tunable dual-mode SIW bandpass filters in the W-band, additional research activities in the field of material characterization, EM simulations and filter optimization will be carried out. Finally, the concept will be demonstrated with a tunable dual-mode SIW filter in W-band.