《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于銑削式加工的140 GHz矩形波導(dǎo)帶通濾波器
電子技術(shù)應(yīng)用
熊瑛1，馬俊成1，李東升1，唐先鋒2
（1.電子科技大學(xué)成都學(xué)院 工學(xué)院， 四川 成都 611731；2.西南交通大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611756）
摘要： 利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（Computer Numerical Control，CNC）銑削技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中心頻率為140 GHz的矩形波導(dǎo)帶通濾波器?；陔姶欧抡孳浖﨟FSS對(duì)該濾波器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和容差分析。采用CNC銑削技術(shù)完成了該濾波器的加工制備。測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好，表明該濾波器具備優(yōu)越的性能：其中心頻率為 140.2 GHz、3 dB相對(duì)帶寬為10.1%，插入損耗小于0.5 dB，帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于25 dB，距中心頻率±20 GHz處帶外抑制大于30 dB。該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了利用CNC銑削技術(shù)加工140 GHz波段濾波器的可行性。
中圖分類號(hào)：TN015
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223613
中文引用格式： 熊瑛，馬俊成，李東升，等. 基于銑削式加工的140 GHz矩形波導(dǎo)帶通濾波器[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(7)：16-19.
英文引用格式： Xiong Ying，Ma Juncheng，Li Dongsheng，et al. Design of a rectangular waveguide band-pass filter at 140 GHz faricated by metal milling technology[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(7)：16-19.
Design of a rectangular waveguide band-pass filter at 140 GHz faricated by metal milling technology
Xiong Ying1，Ma Juncheng1，Li Dongsheng1，Tang Xianfeng2
(1.School of Engineering and Technology，Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China；2.School of Physical Science and Technology， Southwest Jiaotong University， Chengdu 611756， China)
Abstract： In this paper, a rectangular waveguide band-pass filter with a center frequency of 140 GHz is realized by using modern Computer Numerical Control (CNC) metal milling technology. The proposed filter is designed based on HFSS and then fabricated by CNC metal milling technology. The measured results agree well with the simulated ones indicating that the filter has excellent performances: the center frequency is 140.2 GHz, the relative bandwidth is 10.1% at 3 dB, the insertion loss is less than 0.5 dB, the in-band return loss is better than 25 dB, and the out-of-band isolation is larger than 30 dB at ±20 GHz away from the center frequency. The results further confirm the feasibility of 140 GHz waveguide band filter fabricated by CNC metal milling technology.
Key words : band-pass filter；CNC metal milling technology；THz；waveguide；140 GHz

0　引言

太赫茲技術(shù)在通信、成像、生物醫(yī)學(xué)與環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。和微波、毫米波系統(tǒng)一樣，在太赫茲系統(tǒng)中，也需要用到很多關(guān)鍵器件，如混頻器、天線、放大器、濾波器、波導(dǎo)。其中，太赫茲濾波器是不可或缺的常規(guī)器件，能對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行提取，同時(shí)能夠抑制諧雜波，從而減小對(duì)系統(tǒng)的影響。

近年來，研究人員設(shè)計(jì)并制備了各種類型的太赫茲濾波器，常采用以下幾種加工技術(shù)：微電機(jī)系統(tǒng)(Micro-Electromechanical Systems，MEMS)加工技術(shù)、濕法刻蝕技術(shù)(Wet-etching)、電鑄(Electroforming)、3D打印技術(shù)、紫外光刻技術(shù)(UV–LIGA)、CNC銑削技術(shù)。其中，MEMS加工技術(shù)的加工精度高，可以達(dá)到微米量級(jí)，因而可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工，但其工藝較復(fù)雜，即需要經(jīng)過光刻、腐蝕、電鍍等一系列過程。2013年，趙興海等人通過MEMS加工技術(shù)首次制備了一款D波段矩形波導(dǎo)膜片濾波器，樣品測(cè)試結(jié)果表明：其插入損耗為0.4~0.7 dB，中心頻率為140±3 GHz，帶外抑制為≥18 dB。相比較而言，傳統(tǒng)CNC銑削技術(shù)由于其加工誤差大，會(huì)導(dǎo)致濾波器損耗增大、Q值降低等問題。不過隨著現(xiàn)代CNC加工技術(shù)的發(fā)展，加工誤差逐漸降低，可控制在±2.5 μm。2020年，我國東南大學(xué)Ding等人采用CNC銑削技術(shù)研制了一種適用于全WR-3波段的一體化低損耗90°波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)器，其測(cè)試結(jié)果與仿真吻合良好，說明CNC銑削技術(shù)已能滿足某些波導(dǎo)器件的需求。

本文設(shè)計(jì)了140 GHz的太赫茲波導(dǎo)帶通濾波器，并利用CNC銑削技術(shù)進(jìn)行制備，并進(jìn)一步進(jìn)行了容差分析，確認(rèn)了該技術(shù)在工程上制備140 GHz濾波器的可行性。



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作者信息：

熊瑛1，馬俊成1，李東升1，唐先鋒2

（1.電子科技大學(xué)成都學(xué)院 工學(xué)院， 四川 成都 611731；2.西南交通大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611756）


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