The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences (한국전자통신학회논문지)

Korea Institute of Electronic Communication Science (한국전자통신학회)
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Realization of Waveguide Filter Using 3D Printing and Electroplating Process

3D 프린팅과 도금 공정을 이용한 도파관 필터 구현

  • Tae-Soon Yun (Dept. Robotdrone Eng., Honam University)
  • 윤태순 (호남대학교 로봇드론공학과)
  • Received : 2024.07.17
  • Accepted : 2024.10.12
  • Published : 2024.10.31
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Abstract

In this paper, the waveguide filter is realized by using the 3D printing and electroplating process. The waveguide filter is consisted of the resonator and the inductive window. The resonator is made small by putting vertical pillar inside the cavity. In case of in/output, the pin of SMA connector is connected to the pillar using the tapped-line method. Designed filter has the volume of 24.0 x 58.0 x 38.0 mm3 that is about 91% reduced compared to general cavity filter. Designed filter is modeled divided into upper part that has the inductive window and lower part that has the pillar. Printed filter by the ABS plastic is plated with 10㎛ thick copper over nickel electrodes. Fabricated filter is measured with the center frequency of 2.397GHz and bandwidth of 4.76%. Also, the insertion loss of filter has 0.15dB and return loss is shown under the 20dB. Suggested waveguide filter with pillar and manufacturing process allows the waveguide devices to be made small, lightweight, and low-cost and can be applied to various RF system.

본 논문에서는 3D 프린팅 공정과 플라스틱 도금 공정을 이용하여 도파관 필터를 구현하였다. 도파관 필터는 캐비티 내부에 수직형 필라를 넣어 소형으로 구현된 공진기와 인덕티브 윈도우로 구성되었고, 입출력은 탭 선로 방식을 이용하여 커넥터의 핀을 필라에 연결하였다. 설계된 필터는 일반적인 캐비티를 이용하는 도파관 필터에 비해 약 91% 감소시킨 24.0 x 58.0 x 38.0 mm3의 부피를 가진다. 설계된 필터는 도금 공정을 위해 인덕티브 윈도우를 갖는 상부와 필라를 갖는 하부로 분할되어 모델링되었고, ABS 수지로 프린팅되었다. 프린트된 필터는 니켈 전극을 형성하여 10㎛의 구리를 도금하였다. 측정된 내부 필라 구조를 갖는 도파관 필터는 중심 주파수 2.397GHz에 4.76%의 대역폭을 나타냈으며, 중심 주파수에서의 삽입 손실은 0.15dB, 반사 손실은 20dB 이하의 특성을 나타냈다. 본 논문에서 제안한 내부 필라 구조를 갖는 도파관 필터와 그 제작 공정은 도파관 구조의 소자를 소형, 경량, 저가로 구현할 수 있어 다양한 초고주파 시스템에 응용될 수 있을 것이다.

Keywords

Acknowledgement

본 논문은 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업의 결과입니다. (2021RIS-002)

References

  1. N. Marcuvits, Waveguide Handbook. London: Peter Peregrinus Ltd., 1986.
  2. J. Hong, B. Kim, L. Yun, and S. Lee, "Evanescent-mode Waveguide Band-pass Filter Applied by Novel Metal Post Capacitor," J. of Korea Institute Electronic Communication Science, vol. 17, no. 5, 2022, pp. 775-782. http://doi.org/10.13067/JKIECS.2022.17.5.775
  3. G. Kim, "Design of Slotted Waveguide Antenna with Slot Depth Variation," J. of Korea Institute Electronic Communication Science, vol. 8, no. 4, 2013, pp. 535-540.  http://doi.org/10.13067/JKIECS.2013.8.4.535
  4. T. Yun, "Realization of Folded Ridge Waveguide Using Y-type Structure and Transition of Folded Ridge Waveguide," J. of Korea Institute Electronic Communication Science, vol. 19, no. 1, pp. 19-24, 2024.  http://doi.org/10.13067/JKIECS.2024.19.1.19
  5. J. Rao, K. Nai, P. Vaitukaitis, Y. Li, and J. Hong, "3-D Metal Printed Compact High-Q Folded Waveguide Filter with Folded Antenna," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 70, no. 1, 2022, pp. 112-121.  http://doi.org/10.1109/TMTT.2021.3125352
  6. H. Kim, J. Kim, and S. Baek, "Design and Implementation of Motor-Based Rehabilitation Wearable Robot Hand System Using 3D Printing," J. of Korea Institute Electronic Communication Science, vol. 16, no. 5, pp. 941-946, 2021.  http://doi.org/10.13067/JKIECS.2021.16.5.941
  7. P. Deffenbaugh, T. Weller, and K. Church, "Fabrication and Microwave Characterization of 3-D Printed Transmission Lines," IEEE Microwave and Wireless Comp. Lett., vol. 25, no. 12, 2015, pp. 823-825.  http://doi.org/10.1109/LMWC.2015.2495184
  8. X. shang, P. Penchev, C. Guo, M. Lancaster, S. Dimov, Y. Dong, M. Favre, M. Billod, and E. Rijk, "W-Band Waveguide Filters Fabricated by Laser Micromachining and 3-D Printing," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 64, no. 8, 2016, pp. 2752-2580.  http://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2574839
  9. Y. Kim, M. Tentzeris, and S. Lim, "Low-Loss and Light Substrate Integrated Waveguide Using 3D Printed Honeycomb Structure," Materials, vol. 12, no. 3, 2019, p. 402.  https://doi.org/10.3390/ma12030402
  10. J. Hong and M. Lancaster, Microwave Filters for RF/Microwave Applications. New York: Wiley, 2001.