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基于銑削式加工的140 GHz矩形波導帶通濾波器

電子技術應用

熊瑛1，馬俊成1，李東升1，唐先鋒2

（1.電子科技大學成都學院工學院，四川成都 611731；2.西南交通大學物理科學與技術學院，四川成都 611756）

摘要： 利用現代計算機數控機床（Computer Numerical Control，CNC）銑削技術實現了中心頻率為140 GHz的矩形波導帶通濾波器。基于電磁仿真軟件HFSS對該濾波器進行了優化設計和容差分析。采用CNC銑削技術完成了該濾波器的加工制備。測試結果與仿真結果吻合良好，表明該濾波器具備優越的性能：其中心頻率為 140.2 GHz、3 dB相對帶寬為10.1%，插入損耗小于0.5 dB，帶內回波損耗優于25 dB，距中心頻率±20 GHz處帶外抑制大于30 dB。該結果進一步驗證了利用CNC銑削技術加工140 GHz波段濾波器的可行性。

關鍵詞： 帶通濾波器現代計算機數控機床銑削技術太赫茲波導 140GHz

中圖分類號：TN015
文獻標志碼：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矩形波導帶通濾波器[J]. 電子技術應用，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

太赫茲技術在通信、成像、生物醫學與環境科學等領域展現出巨大的應用前景。和微波、毫米波系統一樣，在太赫茲系統中，也需要用到很多關鍵器件，如混頻器、天線、放大器、濾波器、波導。其中，太赫茲濾波器是不可或缺的常規器件，能對有用信號進行提取，同時能夠抑制諧雜波，從而減小對系統的影響。

近年來，研究人員設計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：微電機系統(Micro-Electromechanical Systems，MEMS)加工技術、濕法刻蝕技術(Wet-etching)、電鑄(Electroforming)、3D打印技術、紫外光刻技術(UV–LIGA)、CNC銑削技術。其中，MEMS加工技術的加工精度高，可以達到微米量級，因而可以實現復雜微細結構的加工，但其工藝較復雜，即需要經過光刻、腐蝕、電鍍等一系列過程。2013年，趙興海等人通過MEMS加工技術首次制備了一款D波段矩形波導膜片濾波器，樣品測試結果表明：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CNC銑削技術由于其加工誤差大，會導致濾波器損耗增大、Q值降低等問題。不過隨著現代CNC加工技術的發展，加工誤差逐漸降低，可控制在±2.5 μm。2020年，我國東南大學Ding等人采用CNC銑削技術研制了一種適用于全WR-3波段的一體化低損耗90°波導扭轉器，其測試結果與仿真吻合良好，說明CNC銑削技術已能滿足某些波導器件的需求。

本文設計了140 GHz的太赫茲波導帶通濾波器，并利用CNC銑削技術進行制備，并進一步進行了容差分析，確認了該技術在工程上制備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.電子科技大學成都學院工學院，四川成都 611731；2.西南交通大學物理科學與技術學院，四川成都 611756）

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