The main goal of this MSc thesis consists on demonstrating the possibility of implementing miniaturized band-pass filters based on substrate integrated quasi-lumped elements using multi-layer technologies. One of the main challenges of this work is to envisage a way for implementing strong magnetic and electric couplings in order to design wide-band band-pass filters while introducing transmission zeros in order to enhance the selectivity at the lower and upper bands. These filters are of great interest for IF/RF up- and down-converters for flexible payloads in space applications. In order to keep a compact RF chain, miniaturization of these filters with footprints below 7x7 mm^2 are absolutely required. In this work, a novel approach based on the use of lumped-elements and multi-layer embedded couplings incorporated into substrate integrated structures will be considered. The main objective is to implement a C-band wide-band bandpass filter with high selectivity at the passband edges while keeping a very small footprint. A co-simulation approach will be employed for the design and optimization of the filter by means of 3D EM simulations of the multi-layer structures coupled to circuital simulations of the lumped-element equivalent circuits. The first part of the thesis will focus on an aspect of the world of passive devices at high frequencies, while the theoretical part useful for the development of filter transfer functions will be discussed, as well as an introduction to filters in coaxial SIW technology. In the second part will be presented the project carried out for this thesis, also exposing the theoretical concepts applied then for the realization of the filter. Finally, the results obtained will be exhibited and commented.

L'obiettivo principale di questa tesi di laurea magistrale consiste nel dimostrare la possibilità di implementare filtri passa banda miniaturizzati basati su elementi integrati nel substrato e quasi-lumped utilizzando tecnologie multistrato. Una delle principali sfide di questo lavoro è quella di implementare forti accoppiamenti magnetici ed elettrici per progettare filtri passa banda a banda larga e introdurre zeri di trasmissione per aumentare la selettività nelle bande inferiore e superiore. Questi filtri sono di grande interesse per i convertitori IF/RF up e down-converter per carichi utili flessibili in applicazioni spaziali. Per mantenere una catena RF compatta, è assolutamente necessaria la miniaturizzazione di questi filtri con dimensioni inferiori a 7x7 mm^2. In questo lavoro, si prenderà in considerazione un nuovo approccio basato sull'uso accoppiamenti integrati multistrato incorporati in strutture integrate nel substrato. L'obiettivo principale è quello di implementare un filtro passabanda a banda larga in banda C con elevata selettività ai bordi della banda passante mantenendo un ingombro molto ridotto. Un approccio di co-simulazione sarà impiegato per la progettazione e l'ottimizzazione del filtro mediante simulazioni 3D EM delle strutture multistrato accoppiate a simulazioni circuitali dei circuiti equivalenti. La prima parte della tesi si concentrerà su un aspetto del mondo dei dispositivi passivi alle alte frequenze, verrà discussa la parte teorica utile per lo sviluppo delle funzioni di trasferimento dei filtri, nonché un'introduzione ai filtri nella tecnologia SIW coassiale. Nella seconda parte verrà presentato il progetto realizzato per questa tesi, esponendo anche i concetti teorici applicati poi per la realizzazione del filtro. Infine, i risultati ottenuti saranno esposti e commentati.

Miniaturized wide-band band-pass filter based on substrate integrated quasi-lumped element

MESSAOUDI, EL MEHDI
2018/2019

Abstract

The main goal of this MSc thesis consists on demonstrating the possibility of implementing miniaturized band-pass filters based on substrate integrated quasi-lumped elements using multi-layer technologies. One of the main challenges of this work is to envisage a way for implementing strong magnetic and electric couplings in order to design wide-band band-pass filters while introducing transmission zeros in order to enhance the selectivity at the lower and upper bands. These filters are of great interest for IF/RF up- and down-converters for flexible payloads in space applications. In order to keep a compact RF chain, miniaturization of these filters with footprints below 7x7 mm^2 are absolutely required. In this work, a novel approach based on the use of lumped-elements and multi-layer embedded couplings incorporated into substrate integrated structures will be considered. The main objective is to implement a C-band wide-band bandpass filter with high selectivity at the passband edges while keeping a very small footprint. A co-simulation approach will be employed for the design and optimization of the filter by means of 3D EM simulations of the multi-layer structures coupled to circuital simulations of the lumped-element equivalent circuits. The first part of the thesis will focus on an aspect of the world of passive devices at high frequencies, while the theoretical part useful for the development of filter transfer functions will be discussed, as well as an introduction to filters in coaxial SIW technology. In the second part will be presented the project carried out for this thesis, also exposing the theoretical concepts applied then for the realization of the filter. Finally, the results obtained will be exhibited and commented.
MARTINEZ, JORGE D.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
18-dic-2019
2018/2019
L'obiettivo principale di questa tesi di laurea magistrale consiste nel dimostrare la possibilità di implementare filtri passa banda miniaturizzati basati su elementi integrati nel substrato e quasi-lumped utilizzando tecnologie multistrato. Una delle principali sfide di questo lavoro è quella di implementare forti accoppiamenti magnetici ed elettrici per progettare filtri passa banda a banda larga e introdurre zeri di trasmissione per aumentare la selettività nelle bande inferiore e superiore. Questi filtri sono di grande interesse per i convertitori IF/RF up e down-converter per carichi utili flessibili in applicazioni spaziali. Per mantenere una catena RF compatta, è assolutamente necessaria la miniaturizzazione di questi filtri con dimensioni inferiori a 7x7 mm^2. In questo lavoro, si prenderà in considerazione un nuovo approccio basato sull'uso accoppiamenti integrati multistrato incorporati in strutture integrate nel substrato. L'obiettivo principale è quello di implementare un filtro passabanda a banda larga in banda C con elevata selettività ai bordi della banda passante mantenendo un ingombro molto ridotto. Un approccio di co-simulazione sarà impiegato per la progettazione e l'ottimizzazione del filtro mediante simulazioni 3D EM delle strutture multistrato accoppiate a simulazioni circuitali dei circuiti equivalenti. La prima parte della tesi si concentrerà su un aspetto del mondo dei dispositivi passivi alle alte frequenze, verrà discussa la parte teorica utile per lo sviluppo delle funzioni di trasferimento dei filtri, nonché un'introduzione ai filtri nella tecnologia SIW coassiale. Nella seconda parte verrà presentato il progetto realizzato per questa tesi, esponendo anche i concetti teorici applicati poi per la realizzazione del filtro. Infine, i risultati ottenuti saranno esposti e commentati.
Tesi di laurea Magistrale
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Descrizione: Miniaturized wide-band band-pass filter based on substrate integrated quasi-lumped element
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