Computer aided design for new microwave filter topologies for spatial applications in Ka band

Abstract

This paper presents, in the first part, an original topologie of dielectric resonators for multilayer filter applications in Ka band. The resonant element is defined by a partially metallized dielectric plate enclosed in a parallelepipedic cavity. This topology allows a high integration in a planar environment type and presents high electrical performances too. It is easily manufactured, and suitable for high frequencies filtering and power applications. In order to realize multipole filters without tuning, a direct electromagnetic optimization method developed in our laboratory is applied. This method combines a electromagnetic software based on the finite element method, and a specific one to establish the identified coupling matrix deducted from the filter responses. Some experiments are performed to verify the theoretical design.

In the second part, we consider a new global function which combines filtering and radiating characteristics. For the first time, an opened tuning less two-pole filter defined by two superposed resonators coupled by a metallic iris is designed. Its filtering and radiating functions are optimized in the same time to present required electrical performances.

Résumé

Cet article présente dans la première partie, des résonateurs diélectriques originaux pour la conception de filtres micro-ondes multiniveaux en bande Ka. Ľélément résonant est constitué par un substrat diélectrique partiellement métallisé et blindé dans une cavité parallélépipédique. Cette topologie permet une meilleure intégration dans un environnement planaire, tout en présentant des caractéristiques électriques performantes. Le résonateur est de réalisation aisée, et est destiné à du filtrage aux hautes fréquences et à des applications de puissance. Dans le but de concevoir des filtres multipôles sans réglages expérimentaux, une méthode directe ďoptimisation électromagnétique mise au point dans notre laboratoire est appliquée. Cette méthode comprend un logiciel ďanalyse électromagnétique basé sur la méthode des éléments finis et un logiciel spécifique permettant ďidentifier la matrice de couplage du filtre à partir de sa réponse. Des mesures sont effectuées pour confirmer la théorie.

Dans une seconde partie, une fonction globale combinant des caractéristiques de filtrage et de rayonnement est décrite. Pour la première fois, un filtre à 2 pôles sans réglage, rayonnant, est conçu sous la forme de deux résonateurs superposés, couplés par un iris métallique. Les fonctions de filtrage et de rayonnement sont optimisées globalement afin de satisfaire les caractéristiques électriques voulues.