Konzept steuerbarer Multi-Bandstoppfilter für Flüssigkristallfilter mit großem Abstimmbereich der Mittenfrequenz und Bandbreite bei gleichzeitig geringen Einfügeverlusten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Jakoby
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504169447

Zukünftige Kommunikationssysteme im Millimeterwellenbereich erfordern HF-Komponenten, die sich elektrisch rekonfigurieren und abstimmen lassen. Eine Schlüsselkomponente hierbei sind Filter, die durch ihre abstimmbare Mittenfrequenz und Bandbreite die benötigte Flexibilität für neue Dienste und Frequenzbändern bieten. Besonders vielversprechend sind Flüssigkristall-Bandpassfilter, da die speziell synthetisierten Flüssigkristalle und alle darauf basierenden steuerbaren HF-Komponenten sich durch quasi-verlustlose Steuerung, relativ geringen dielektrischen Verlusten, hohe Linearität und Leistungsverträglichkeit auszeichnen. So wurden Filter mit sehr hoher Güte realisiert, aber verknüpft mit einer eingeschränkten Abstimmbarkeit. Höhere Abstimmbarkeit erfordern größere Flüssigkristallvolumina. Damit steigen aber auch die Verluste bzw. sinkt die Güte.In diesem Projekt soll ein neuartiges Konzept für ein Flüssigkristallfilter untersucht werden, dass unabhängig voneinander sowohl die Abstimmbarkeit deutlich erhöht als auch die Einfügeverluste im Durchlassbereich drastisch reduziert. Bei diesem Konzept wird anstelle eines klassischen Bandpassfilters mit abstimmbaren Durchlassbereich und obiger Wechselwirkung, ein Multi-Bandstoppfilter mit zwei voneinander unabhängig abstimmbaren Stoppbändern und ein frequenzstarres Hoch- und Tiefpassfilter hoher Güte verwendet. Hierbei wirken sich die Verluste der mit Flüssigkristall-gefüllten Resonatoren in den Stoppbändern des Multi-Bandstoppfilters nicht mehr auf die Einfügeverluste im Durchlassbereich der so entstehenden Bandpasscharakteristik des Gesamtfilters aus. Sie werden nur noch durch die geringe Dämpfung der frequenzstarren Filter hoher Güte bestimmt. Somit können die Resonatoren unabhängig von ihren Verlusten auf maximale Abstimmbarkeit optimiert werden. Neben des größeren Abstimmbereichs für die Mittenfrequenz ermöglichen die abstimmbaren Stoppbänder eine extrem große Abstimmbarkeit der Bandbreite. Zur Realisierung dieses abstimmbaren Flüssigkristallfilters mit variablem Multi-Bandstoppfilter sowie einem frequenzstarren Hoch- und Tiefpassfilter werden entsprechende optimale Filterentwurfsverfahren hergeleitet, implementiert und experimentell mittels Labor-Demonstratoren in Hohlleitertechnik im Ka-Band verifiziert (Proof-of-Concept). Hierzu werden zunächst geeignete Flüssigkristall-Hohlleiterresonatoren untersucht, die durch den Entwurf einer neuartigen Elektrodenanordnung elektrisch abstimmbar sind. Anschließend erfolgt die Synthese eines abstimmbaren Bandstoppfilters und der gezielte Entwurf eines steuerbaren Multi-Bandstoppfilters mit maximaler Abstimmbarkeit sowie der frequenzstarren Hoch- und Tiefpassfilter mit möglichst geringen Einfügeverlusten im Durchlassbereich der resultierenden Bandpasscharakteristik. Abschließend wird die Performanz, einschließlich der Grenzen des verwendeten Konzepts exemplarisch anhand der realisierten Flüssigkristallfilter analysiert und evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen