Breitbandige Frequenzweichen für die Parallelisierung von Millimeterwellen-Messtechnik

In dieser Arbeit wird der neuartige Einsatz von breitbandigen kontinuierlichen Frequenzweichen für die Parallelisierung von Millimeterwellen-On-Wafer-Messtechnik vorgestellt. Die Frequenzweichen können in On-Wafer-Messspitzen integriert werden, um so den parallelen Einsatz von Messtechnik für unterschiedliche Frequenzbereiche zu ermöglichen. Ziel ist die nachhaltige und kostengünstige Erweiterung bestehender On-Wafer-Messtechnik zum Erfassen eines größeren Frequenzbereiches bei einmaliger Kontaktierung des Messobjektes, ohne dabei die On-Wafer-Messspitzen und die sensible Messtechnik für unterschiedliche Frequenzbänder austauschen, warm laufen lassen und erneut kalibrieren zu müssen.

Anhand skalierter Prototypen wird eine modellbasierte Methode für den Entwurf breitbandiger kontinuierlicher Frequenzweichen mit Stepped-Impedance-Tiefpassfiltern und Bandpassfiltern aus gekoppelten Leitungsresonatoren im Detail beschrieben. Das methodische Vorgehen mit Modellierungen der Filterstrukturen ermöglicht einen effizienten Entwurf und die Optimierung breitbandiger kontinuierlicher Frequenzweichen mit einer Vielzahl an einstellbaren Parametern, bei der Optimierungen in elektromagnetischen Feldsimulationen nicht mehr zielführend sind. ... mehrDie benötigte Anzahl elektromagnetischer Feldsimulationen kann mit den einfachen Berechnungen der Filtermodelle erheblich reduziert werden, was den gesamten Entwurfsprozess verkürzt und zielgerichtet strukturiert. Als Schlüsselkomponente der entworfenen Diplexer wird eine neuartige T-Verzweigung vorgestellt, deren Geometrie eigens zur Verschaltung der verwendeten Filter optimiert ist. Mit der neuartigen Struktur ist es möglich, alle relevanten Kenngrößen der T-Verzweigung so einzustellen, dass die komplementären Filter optimal aufeinander angepasst werden können.

Dünnschicht-Polyimidplatinen und filigran gefräste Gehäuse mit $\mu$m-Präzision ermöglichen die erstmalige Realisierung von breitbandigen kontinuierlichen Frequenzweichen für den mmW-Frequenzbereich DC - 110 GHz - 170 GHz und erweitern damit den aktuellen Stand der Forschung hin zu höheren Frequenzen. Die realisierten Diplexer werden mit 3 Tor Streuparametermessungen bis 170 GHz charakterisiert. Auftretende Fertigungstoleranzen werden durch sorgfältige Analyse der gefertigten Leiterplatten-Nutzen und individuelle Anpassung der Gehäusestrukturen teilweise ausgeglichen und in umfassenden Toleranzanalysen ausführlich untersucht.