Effizienter, flexibler und genauer Entwurf von Mehrlagen-Mikrowellenschaltungen mittels modularer Techniken

Vogt, Gabor GND

Mit der Erschließung neuer Frequenzbereiche und der steigenden Komplexität von Mehrlagen-Mikrowellenschaltungen steigt auch der Bedarf nach effizienten, flexiblen und genauen Entwurfsmethoden. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher einen systematischen Ansatz zur Evaluierung von Entwurfsverfahren anhand dieser wesentlichen Kriterien. Grundidee der daraus entwickelten und anhand von Teststrukturen verifizierten Methodik ist die konsequente Modularisierung von Mikrowellensystemen mit entsprechend geeigneten Entwurfstechniken. Auf der Basis einer flexibel erweiterbaren Modulbibliothek werden komplexe Leitungsstrukturen mittels konstruktiver und elektromagnetischer Verkettung, unter Minimierung auftretender Simulationsfehler effizient modelliert, simuliert und optimiert. Auch technologische Herausforderungen bei der strukturtreuen Herstellung keramischer Mehrlagenmodule (engl. low temperature co-fired ceramics, LTCC) werden dabei quantitativ erfasst und entwurfsseitig berücksichtigt. Als wichtigstes Ergebnis neben den ausgeführten und erprobten Entwurfstechniken, konnte ausgehend vom Forschungsprojekt KERAMIS II (Keramische Mikrowellenschaltkreise für die Satellitenkommunikation) ein Schaltmatrix-Modul für einen LTCC-Substratwechsel adaptiert, aufgebaut, erfolgreich charakterisiert und zur Verifikation des modularen Entwurfsansatzes genutzt werden.

With the development of new frequency ranges and the increasing complexity of multilayer microwave circuits, also increases the need for efficient, flexible and accurate design methods. The present work applies a systematic approach to the evaluation of design methods based on these essential criteria. The basic idea of the methodology developed from and verified using test structures, is the consequent modularisation of microwave systems with appropriate design techniques. Based on a flexibly extensible module library, complex transmission line structures, by means of constructive and electromagnetic concatenation, are modeled, simulated and optimized efficiently while minimizing occurring simulation errors. Also, technological challenges in the structurally accurate production of ceramic multilayer modules (low temperature co-fired ceramics, LTCC) are determined quantitatively and considered on design side. Starting from the research project KERAMIS II (ceramic microwave circuits for satellite communications), the most important outcome alongside the developed and proven design techniques, is a switch matrix module which could be adapted for an LTCC substrate exchange, produced, successfully characterized and used for the verification of the modular design approach.

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Vogt, Gabor: Effizienter, flexibler und genauer Entwurf von Mehrlagen-Mikrowellenschaltungen mittels modularer Techniken. gw 2017.

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