基于铣削式加工的140 GHz矩形波导带通滤波器-AET-电子技术应用

基于铣削式加工的140 GHz矩形波导带通滤波器

电子技术应用

熊瑛1，马俊成1，李东升1，唐先锋2

（1.电子科技大学成都学院工学院，四川成都 611731；2.西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 611756）

摘要：利用现代计算机数控机床（Computer Numerical Control，CNC）铣削技术实现了中心频率为140 GHz的矩形波导带通滤波器。基于电磁仿真软件HFSS对该滤波器进行了优化设计和容差分析。采用CNC铣削技术完成了该滤波器的加工制备。测试结果与仿真结果吻合良好，表明该滤波器具备优越的性能：其中心频率为 140.2 GHz、3 dB相对带宽为10.1%，插入损耗小于0.5 dB，带内回波损耗优于25 dB，距中心频率±20 GHz处带外抑制大于30 dB。该结果进一步验证了利用CNC铣削技术加工140 GHz波段滤波器的可行性。

关键词： 带通滤波器现代计算机数控机床铣削技术太赫兹波导 140GHz

中图分类号：TN015
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223613
中文引用格式：熊瑛，马俊成，李东升，等. 基于铣削式加工的140 GHz矩形波导带通滤波器[J]. 电子技术应用，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

太赫兹技术在通信、成像、生物医学与环境科学等领域展现出巨大的应用前景。和微波、毫米波系统一样，在太赫兹系统中，也需要用到很多关键器件，如混频器、天线、放大器、滤波器、波导。其中，太赫兹滤波器是不可或缺的常规器件，能对有用信号进行提取，同时能够抑制谐杂波，从而减小对系统的影响。

近年来，研究人员设计并制备了各种类型的太赫兹滤波器，常采用以下几种加工技术：微电机系统(Micro-Electromechanical Systems，MEMS)加工技术、湿法刻蚀技术(Wet-etching)、电铸(Electroforming)、3D打印技术、紫外光刻技术(UV–LIGA)、CNC铣削技术。其中，MEMS加工技术的加工精度高，可以达到微米量级，因而可以实现复杂微细结构的加工，但其工艺较复杂，即需要经过光刻、腐蚀、电镀等一系列过程。2013年，赵兴海等人通过MEMS加工技术首次制备了一款D波段矩形波导膜片滤波器，样品测试结果表明：其插入损耗为0.4~0.7 dB，中心频率为140±3 GHz，带外抑制为≥18 dB。相比较而言，传统CNC铣削技术由于其加工误差大，会导致滤波器损耗增大、Q值降低等问题。不过随着现代CNC加工技术的发展，加工误差逐渐降低，可控制在±2.5 μm。2020年，我国东南大学Ding等人采用CNC铣削技术研制了一种适用于全WR-3波段的一体化低损耗90°波导扭转器，其测试结果与仿真吻合良好，说明CNC铣削技术已能满足某些波导器件的需求。

本文设计了140 GHz的太赫兹波导带通滤波器，并利用CNC铣削技术进行制备，并进一步进行了容差分析，确认了该技术在工程上制备140 GHz滤波器的可行性。

本文详细内容请下载：https://www.chinaaet.com/resource/share/2000005385

作者信息：

熊瑛1，马俊成1，李东升1，唐先锋2

（1.电子科技大学成都学院工学院，四川成都 611731；2.西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都 611756）

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