Synthesis of dual-band microwave filters with advanced topologies

This thesis presents a comprehensive study on the synthesis and design of dual-band microwave filters using path and extracted zero (EZ) techniques. The goal of the work is to determine the realizability of these topologies and their capability to equalize the return loss (RL) for filters with different transmission-zero configurations. A systematic analysis of the input impedance and admittance is carried out to understand the influence complex reflection zeros, introduce with the use of the Reduced Chebyshev characteristic, on satisfying the path or EZ conditions and on achieving RL equalization. The thesis also provides an overview of the synthesis procedure, starting from the band-pass frequency-domain specifications and proceeding through the computation of the characteristic polynomials, the extraction of the coupling matrix, and the design of the final filter topology. Two complete filter prototypes are synthesized and denormalized in the microwave range: an extracted-zero filter with two internal transmission zeros, and a hybrid configuration combining internal non-path transmission zeros with an external path zero, enabling closely spaced pass-bands with strong out-of-band attenuation. Both designs achieve satisfactory RL equalizations (within 1 dB and 0.3 dB respectively) while meeting all design constraints. The results confirm that, despite some intrinsic limitations, dual-band filters are widely realizable using the path and extracted-zero techniques, which together provide a versatile framework for the design of modern multi-band filters.

Questa tesi presenta uno studio completo sulla sintesi e progettazione di filtri microonde dual-band mediante le tecniche path ed extracted zero (EZ). L’obiettivo del lavoro è determinare la realizzabilità di queste topologie e la loro capacità di equalizzare il return loss (RL) per filtri con diverse configurazioni di zeri di trasmissione. Viene condotta un’analisi sistematica dell’impedenza e dell’ammettenza di ingresso per comprendere l’influenza degli zeri di riflessione complessi, introdotti attraverso l’uso della caratteristica Reduced Chebyshev, sulla soddisfazione delle condizioni path o EZ e sull’ottenimento dell’equalizzazione del RL. La tesi fornisce inoltre una panoramica della procedura di sintesi, partendo dalle specifiche nel dominio di frequenza bandpass e proseguendo con il calcolo dei polinomi caratteristici, l’estrazione della matrice di accoppiamento e la progettazione della topologia finale del filtro. Due prototipi completi di filtri sono sintetizzati e denormalizzati nella banda delle microonde: un filtro extracted-zero con due zeri di trasmissione interni e una configurazione ibrida che combina zeri di trasmissione interni non path con uno zero esterno path, ottenendo bande passanti ravvicinate con elevata attenuazione fuori banda. Entrambi i progetti raggiungono una soddisfacente equalizzazione dell’RL (entro 1 dB e 0.3 dB rispettivamente) rispettando tutti i vincoli di progetto. I risultati confermano che, nonostante alcune limitazioni intrinseche, i filtri dual-band sono ampiamente realizzabili tramite le tecniche path ed extracted-zero, che insieme offrono un approccio versatile alla progettazione di filtri multibanda moderni.