Application of dielectric resonators to millimeter-wave on-chip filters and interconnects

• Applicant: Professor Dr. Jan Hesselbarth
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2013 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 253223135

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Immer höhere Frequenzbereiche werden mit integrierten Schaltungen erschlossen und vielfältige Anwendungen der Millimeterwellentechnik entwickeln sich in den Bereichen Kommunikation, Radar und Bildgebung. Die Weiterführung des Trends hin zu noch höheren Frequenzen ist wahrscheinlich. In diesem Projekt wurde die Möglichkeit untersucht, mittels kugelförmiger dielektrischer Resonatoren Signale von der Oberfläche integrierter Schaltungen hinweg effizient auszukoppeln. Die vorgeschlagene Vorgehensweise der Aufbautechnik ermöglicht es, diese Auskoppelstruktur mechanisch einfach herzustellen. Zudem lassen sich die integrierten Schaltungen weiterhin vor dem Einbau testen. Die kugelförmigen dielektrischen Resonatoren wurden in der Eigenschaft als Antennenstrahler untersucht. Die Messungen bei 69 GHz bzw. 98 GHz zeigen Frequenzbandbreiten von 7% und äußerst geringe Verluste von nur 30% bzw. 16%. Die Energieeffizienz und/oder Reichweite von Funksystemen lässt sich durch Einsatz von Antennen höherer Effizienz entsprechend verbessern. Die kugelförmigen dielektrischen Resonatoren wurden zudem in der Eigenschaft als Koppelelement von integrierter Schaltung zu Rechteckhohlleiter untersucht. Hier wurde eine Transmissionsdämpfung durch diesen Übergang von 2.6 dB bei 64 GHz gemessen. Durch mechanische Verbesserung des Aufbaus könnte dieser Wert in Zukunft noch verringert werden. Dennoch stellt die gemessene Dämpfung bereits eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar.

Publications

• “Self-aligned microstrip-fed spherical dielectric resonator antenna,” Europ. Conf. Antennas Prop. (EuCAP), April 2015
  D. Lopez Cuenca, J. Hesselbarth
  
• „Chip-mounted dielectric resonator antenna with alignment and testing features,“ Europ. Microwave Conf. (EuMC), Oktober 2016
  D. López Cuenca, G. Alavi, J. Hesselbarth
  
• „Measurement of complex permittivity of anisotropic dielectric spheres,“ German Microwave Conf. (GeMiC), März 2016
  D. Lopez Cuenca, R. Dudi, J. Hesselbarth