Multi-Mode Bandpass Filters with Controllability, Tunability and Scalability

RÉSUMÉ Avec le développement des systèmes de communication RF et sans fil, les ressources du spectre électromagnétique sont occupées par de nombreuses applications, telles que la diffusion, le Wi-Fi, la communication sans fil, la détection radar et l'imagerie, etc. Il n'y a pas assez de spectre non attribué pour prendre en charge plus de nouvelles applications émergentes. D'autre part, pour répondre à des besoins multistandards et multifonctions, la conception de dispositifs et de systèmes accordables et reconfigurables est une tendance dans le développement des technologies de communications modernes, ce qui représente un moyen efficace d'améliorer l'efficacité des ressources en bande passante, d'utiliser des porteuses distinctes et de s'adapter à une mise à niveau du système, parmi de nombreux autres scénarios. Dans les systèmes micro-ondes, les filtres jouent un rôle important dans de nombreuses applications RF et micro-ondes. De plus, la conception de filtres accordables et reconfigurables constitue un nouveau défi pour s'adapter aux systèmes sans fil modernes plus complexes tels que les applications de communication. Le réglage seul des fréquences centrales des filtres ne permet pas de répondre aux différents scénarios d'application. Pour répondre à des objectifs multistandards et multifonctions, les filtres accordables et reconfigurables doivent présenter une variété de caractéristiques. Par exemple, le filtre présente ses propres caractéristiques de filtrage pendant le réglage de la fréquence centrale, couvre une plus large plage de réglage dynamique avec une largeur de bande constante et passe même d'une bande unique à une double ou multi-bandes. Cette recherche doctorale porte sur un filtre passe-bande accordable avec des zéros de transmission (TZ) symétriques reconfigurables. Une méthode de synthèse de matrice de couplage adaptée à une classe de filtres passe-bande accordables (BPF) avec des caractéristiques de filtrage reconfigurables est présentée. Le filtre possède des zéros de transmission symétriques (TZs) qui peuvent être reconfigurés sur l'axe réel ou imaginaire du plan complexe. Différentes caractéristiques de filtrage peuvent être obtenues en accordant simplement les fréquences de résonance de certains résonateurs. L'accord de fréquence et les états reconfigurables du filtre peuvent être réalisés simultanément. À l'exception des TZ symétriques, des filtres passe-bande accordables avec des zéros de transmission asymétriques commutables sont présentés dans cette recherche.

Abstract

ABSTRACT With the development of RF/wireless communication systems, the electromagnetic spectrum resource is occupied by extensive applications, such as broadcast, Wi-Fi, wireless communication, radar sensing, and imaging etc. There is not enough unallocated spectrum to support more novel and emerging applications. On the other hand, to satisfy the multi-standard and multi-function purposes, tunable and reconfigurable devices and systems design is a tendency in the development of modern communication technologies, which presents an efficient way to improve the efficiency of bandwidth resources, to utilize separate carriers, and to adapt to a system upgrade among many other scenarios. In microwave systems, filters play an important role in many RF/microwave applications. Moreover, tunable and reconfigurable filters design are new challenges to adapt to more complicated modern wireless systems such as communication applications. Only tuning the center frequencies of filters cannot satisfy different application scenarios. To meet multi-standard and multi-function purposes, tunable and reconfigurable filters should exhibit a variety of features. For example, the filter manifests its own different filtering characteristics when tuning the center frequency, covers a much wider dynamic tuning range with constant bandwidth, and even switches between single band and dual-/multi-bands. This doctoral research begins with a tunable bandpass filter with reconfigurable symmetric transmission zeros (TZs). A coupling matrix synthesis method tailored for a class of tunable bandpass filters (BPFs) with reconfigurable filtering characteristics is presented. The filter has symmetric transmission zeros (TZs) which can be reconfigured on the real or imaginary axis of the complex plane. Different filtering characteristics can be obtained by merely tuning resonant frequencies of certain resonators. The frequency tuning and reconfigurable states of the filter can be achieved simultaneously. Except for symmetric TZs, tunable bandpass filters with switchable asymmetric transmission zeros are presented in this research. The filters have asymmetric transmission zeros that can be reconfigured on the imaginary axis of complex plane between positive and negative. Two different approaches, namely frequency-dependent coupling (FDC) technique and box-like topology, are implemented for physical realization.