S ve C bandları için ayarlanabilir dielektrik tabanda bütünleşmiş dalga kılavuzu (DBD) balun filtre tasarımı

Abstract

Bu tezde balun devre için S ve C bandında mikroşerit çok modlu band geçiren filtre tasarımları, dielektrik tabanda bütünleşmiş (DBD) band geçiren filtre devreleri ve DBD balun filtre devre tasarımları ve uygulamaları sunulmaktadır. Filtre tasarım ve analizlerinde kuplaj matrisi sentezi ve çift-tek mod empedans analizi yöntemleri kullanılmaktadır. Çok modlu çift bandlı mikroşerit band geçiren filtre devresi için kare yama rezonatör ve kare halka rezonatör kullanılmıştır. Yama rezonatör yerine, halka rezonatör kullanılarak tasarlanan filtrenin boyut açısından daha avantajlı olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, her iki filtre devresinde rezonatörlerin yerleşimlerine bağlı olarak iki türde filtreleme karakteristiği (lineer ve kuasi-eliptik) elde edilebileceği gösterilmiştir. Son yıllarda mikrodalga devre tasarımında yaygın olarak kullanılan dielektrik tabanda bütünleşmiş dalga kılavuzu yapısı ve özellikleri detaylı olarak anlatılmıştır. Tezin nihai hedeflerinden olan ayarlanabilir DBD balun filtre devresi için kare DBD rezonatörü önerilmiştir. DBD rezonatörde mod uyarımını sağlamak için rezonatörün dört köşesinin herhangi birinde toprak düzleme geçiş iletkeni (via) kullanılmıştır. Pertürbasyon için kullanılan bu vianın konumuna bağlı olarak iki türde filtreleme karakteristiği (lineer ve kuasi-eliptik) elde edilebileceği gösterilmiştir. Ayrıca tasarlanan filtrede kuplaj için giriş ve çıkışta kullanılan yarıkların boyutlarının farklı alınması suretiyle iletim sıfırlarının kontrol edilebildildiği gösterilmiştir. Lineer ve kuasi-eliptik karakteristeki filtre devrelerinin teorik cevaplarını ortaya koymak için kuplaj matrisi sentezi yöntemi kullanılmıştır. Önerilen DBD rezonatöre dayalı olarak DBD balun filtre devresi tasarlanmıştır. DBD balun devresinde de DBD filtrede olduğu gibi iletim sıfırları kontrol edilebilmektedir. Ayrıca, DBD balun filtre devresinde köşelerden açılan yarıklara varaktör diyot yerleştirilerek S ve C bandı bölgesinde merkez frekansın ayarlanabildiği gösterilmiştir. Filtre devreleri, önerilen tasarımların geçerliliğini göstermek için imal edilip ölçümleri gerçekleştirilmiş, ölçüm sonuçlarının teorik ve simülasyon sonuçları ile uyumlu oldukları gözlenmiştir. Önerilen devreler 5G teknolojisinde 6 GHz altındaki frekans bölgelerini kapsayan uygulamalarda kullanıma uygundur.

In this thesis, microstrip multimode bandpass filter designs, substrate integrated waveguide (SIW) bandpass filter circuits and SIW balun filter circuit designs and applications in S and C bands for balun circuits are presented. Coupling matrix synthesis and even-odd mode impedance analysis methods are used in filter design and analysis. Square patch resonator and square ring resonator are used for multimode dual band microstrip bandpass filter circuit. It has been shown that the filter designed using a ring resonator instead of a patch resonator is more advantageous in terms of size. Also, it has been shown that two types of filtering characteristics (linear and quasi-elliptical) can be obtained depending on the placement of the resonators in both filter circuits. The structure and properties of the substrate integrated waveguide, which has been widely used in microwave circuit design in recent years, are explained in detail. A square DBD resonator is proposed for the tunable DBD balun filter circuit, which is one of the final goals of the thesis. In order to provide mode excitation in the DBD resonator, a ground-to-plane transition conductor (via) is used at any of the four corners of the resonator. It has been shown that depending on the position of this via used for perturbation, two types of filtering characteristics (linear and quasi-elliptical) can be obtained. In addition, it has been shown that transmission zeros can be controlled thanks to the in different lengths of slots used at the input and output for coupling in the designed filter. The coupling matrix synthesis method is used to obtain the theoretical responses of the filter circuits with linear and quasi-elliptic characteristics. Based on the proposed DBD resonator, the DBD balun filter circuit is designed. In the DBD balun circuit, transmission zeros can be controlled as in the DBD filter. Also, it has been shown that the center frequency can be adjusted in the S and C band region by placing a varactor diode in the slits opened from the corners in the DBD balun filter circuit. The filter circuits have been manufactured and measured to show the validity of the proposed designs, and it has been observed that the measured results are in a good agreement with the theoretical and simulated results. The proposed circuits are suitable for use in applications covering frequency regions below 6 GHz in 5G technology.