ES1172760U - Filtro de rechazo de banda - Google Patents

Abstract

1. Filtro de rechazo de banda de frecuencias, que comprende en una cara superior (10A) una línea microstrip (11), y en una cara inferior (10B) al menos dos celdas (12) resonantes, caracterizado porque cada celda (12) está conformada por un trazado en un plano de tierra de al menos cuatro circunferencias concéntricas (13) en una configuración de anillo con corte.

Description

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Filtro de Rechazo de Banda

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention pertenece a los campos de la electronica y las telecomunicaciones. Concretamente, la presente invencion se aplica al area industrial que realiza disenos electricos y fabrica dispositivos electronicos con filtros de alta frecuencia.

Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un filtro de rechazo de banda, especialmente disenado para filtrar altas frecuencias, como por ejemplo las destinadas a telefoma movil 4G.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

El diseno electrico de filtros de alta frecuencia (3-30 Mhz) es suficientemente conocido en la bibliografia tecnica. Por otro lado, entre los tipos de filtros existentes, un filtro de rechazo de banda tambien conocido como «filtro elimina banda», «filtro NOTCH» o «filtro trampa» es un dispositivo electronico que no permite el paso de senales cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre unas frecuencias de corte superior e inferior.

En la actualidad, los filtros de alta frecuencia y de rechazo de banda se implementan bien con un diseno que usa elementos concentrados, inducciones y condensadores, o bien, mediante cavidades y microcavidades. Un ejemplo, es el caso de los filtros utilizados en telefoma 4G. Los canales 61 y 69 son los destinados a la transmision y reception de senales de comunicaciones para telefoma 4G (LTE: Long Term Evolution, en ingles), pero su recepcion en los aparatos de television que no filtren esas senales, puede generar interferencias en los canales dedicados a la senal de Television Digital Terrestre (TDT) que anulan o dificultan la correcta vision de dichos canales Sin embargo, un diseno de filtro que utiliza elementos concentrados, inducciones y condensadores presenta inconvenientes desde el punto de vista de tolerancias y microfonismo (perturbaciones mecanicas se transforman en

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perturbaciones electricas), mientras que los filtros con cavidades y microcavidades sufren de un elevado coste.

Por otro lado, en los ultimos anos, se han desarrollado elementos pasivos a frecuencias de microondas (300 Mhz-300 Ghz), construidos utilizando unas particulares propiedades electromagneticas de la materia, que han dado lugar al termino "Metamateriales"; siendo los componentes mas importantes los resonadores y los filtros.

La aparicion de la estructura Resonante de Anillos Abiertos (SRR: Split-Ring Resonator, en ingles) a finales de los anos 90 supuso el comienzo de la investigation en el campo de los Metamateriales. Un resonador SRR esta formado por dos anillos metalicos en los que se han practicado unas aberturas en posiciones opuestas una respecto de la otra. En el ano 2004 se propone otra estructura resonante que es la del Resonador de Anillos Abiertos Complementarios (CSRR: Complementar y Split-Ring Resonator), que consiste en dos anillos abiertos y concentricos, como en el SRR, pero estos anillos no son metalicos, sino que las tiras con el trazado circular se retiran de un plano de metal, quedando libre de metal la zona del resonador. Las estructuras SRR y CSRR se usan pues para frecuencias de microondas.

Por lo tanto, se hace necesario disponer de un filtro de alta frecuencia y de rechazo de banda, por ejemplo que filtre senales como las de telefoma 4G y deje el paso de los canales propios de la television TDT minimizando perdidas de senal, que no presente problemas de tolerancia y/o microfonismo, y que no tengan un elevado coste.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invention sirve para solucionar el problema mencionado anteriormente, resolviendo los inconvenientes que presentan las soluciones comentadas en el estado de la tecnica, proporcionando un filtro basado en metamateriales que utiliza la combination de dos celdas resonadoras trazadas sobre una placa de circuito impreso (PCB: Printed Circuit Board en ingles) de bajo coste. Ambas celdas estan basadas en una celda basica con una estructura de Resonador Complementario en Anillo Partido (CSRR), siendo la diferencia principal con respecto a la celda basica conocida, que la celda resonante propuesta anade al menos un cuarto anillo partido en el plano de tierra.

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Para obtener el nivel de rechazo que se requiere en el rango de frecuencias a filtrar (por ejemplo, el usado en la transmision/recepcion de senales en los sistemas LTE y en los receptores de television TDT, a los que se puede aplicar la invencion), se combinan dos celdas de al menos cuatro resonadores complementarios en anillo partido o con corte ("split ring", en ingles). Es decir, el numero de celdas de la estructura resonante propuesta es de dos y cada celda tiene al menos cuatro trazados de circunferencias concentricas (siendo preferentemente cuatro el numero de circunferencias concentricas por celda de la estructura resonadora del filtro).

La estructura del filtro comprende una lmea microstrip trazada sobre un sustrato dielectrico (por ejemplo, ceramico) de impedancia igual a la de referencia del sistema (por ejemplo, 75 Ohm para el caso de la Television TDT), y en el plano de masa, en lugar de tener una distribution homogenea de material conductor (metalico) formando una lamina continua, se elimina dicho conductor siguiendo un trazado determinado (circunferencias concentricas en el caso que se presenta). Las circunferencias concentricas (anillos partidos) presentan un pequeno corte de una anchura determinada y, en la practica, se realizan quitando el material metalico (normalmente, cobre) del sustrato. Esto confiere a la celda realizada una funcion de transferencia de tipo filtro rechazo de banda.

El filtro de la invencion comprende dos celdas, las cuales aumentan el valor del rechazo en la banda de interes, estando separadas ambas una distancia determinada para proporcionar el mejor valor de rechazo que puede obtenerse. La distancia que separa cada una de las celdas es un parametro de diseno a tener en cuenta.

Otros parametros de diseno del filtro propuesto que pueden configurarse para definir la banda de frecuencias que se requiere rechazar, asi como para garantizar un nivel de dicho rechazo, son los siguientes:

- La longitud de las circunferencias trazadas en el plano de masa (que debe ser un multiplo de la longitud de onda efectiva en la lmea, dependiente de la constante dielectrica del sustrato), definida en funcion del radio del anillo interno, siendo este la circunferencia de menor radio.

- La anchura de la lmea que define cada una de las circunferencias del anillo.

- La separation entre las circunferencias concentricas y la separation entre las dos celdas basicas, que conforman los anillos del resonador.

- La longitud del pequeno corte en cada anillo.

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Un aspecto de la invention se refiere pues a un filtro de rechazo de banda disenado para un sustrato con una cara superior y una cara inferior que comprende:

- una lmea de transmision microstrip conductora en la cara superior;

- al menos dos celdas resonantes configuradas como anillos con corte, cada celda basica conformada por un trazado en un plano de tierra de al menos cuatro circunferencias concentricas.

Algunas de las ventajas de la presente invencion con respecto a los filtros existentes en el estado de la tecnica anterior son:

- El cuarto anillo anadido a la celda basica le confiere unas mejores prestaciones en terminos de ancho de banda y nivel de rechazo, de las que presentan los resonadores de dos anillos o tres anillos (SRR, CSRR) y ademas permite reducir el tamano por comparacion al que presentaria una estructura de dos anillos.

- Otra gran ventaja del filtro disenado reside en la ausencia de cualquier componente discreto que deba soldarse o insertarse en la placa de circuito impreso (PCB), lo que le confiere una mayor robustez tanto mecanica como termica, un alto grado de repetitividad, ademas de abaratar los costes de production tanto en pequena como en gran escala.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

A continuation se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.

FIGURA 1.- Muestra una vista superior y una vista inferior de un circuito impreso correspondiente a un filtro rechazo de banda, segun una realizacion preferente de la invencion.

FIGURA 2.- Muestra en detalle la vista inferior del filtro rechazo de banda con los anillos partidos, segun una realizacion preferente de la invencion.

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FIGURA 3.- Muestra una grafica de la respuesta electrica del filtro indicando los niveles de atenuacion que produce en funcion de la frecuencia de la senal a filtrar considerada.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

A continuation, se proponen posibles modos de realization del filtro de rechazo de banda aplicable en television TDT para el rechazo de la banda de frecuencias 4G, en los canales 61 y 62, evitando que provoque interferencias.

La Figura 1 muestra el trazado del filtro (10) con el se consigue atenuar el paso de senales a partir del canal 61. En la Figura 1A se muestra el trazado de la lmea microstrip (11) en la cara superior del filtro (10A) y en la Figura 1B se muestra su cara inferior (10B) con el trazado de las dos celdas (12) conformadas cada una como un conjunto de cuatro, o mas, circunferencias concentricas (13). El microstrip (11) es un tipo de lmea de transmision electrica, que es un solo conductor en un lado y un plano de tierra en el otro lado, fabricada utilizando placa de circuito impreso y se usa para transmitir senales de microondas. En un ejemplo, la placa de circuito impreso tiene unas dimensiones de 3mm de alto y 55mm de ancho y la lmea microstrip (11) tiene una Impedancia de 75 Ohm.

El esquema electrico del filtro (10), en este caso de la Figura 1, es un trazado a doble cara (10A, 10B) sobre un sustrato ceramico de bajas perdidas que puede constituir, por si mismo un filtro de rechazo de banda, o bien, puede ser un dispositivo integrado en una placa de circuito impreso, PCB, con otros componentes.

En la Figura 2 se aprecia en mas detalle la cara inferior (10B) del filtro (10) y los parametros de diseno que se ajustan en base a la banda de frecuencias a rechazar:

- Anchura (A1) de la lmea microstrip (11) [mostrada en la Figura 1]

- Radio (R) de la circunferencia interior (13i)

- Anchura (A2) de las dos celdas (12), i.e., separation entre la circunferencia interior (13i) y la circunferencia exterior (13e);

- Separacion (S1) entre las dos celdas (12)

- Separacion (S2) entre dos circunferencias concentricas (13) consecutivas

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Anchura del corte (C) en cada celda (12)

Por ejemplo, en una realization preferida del filtro (10) para su aplicacion en la banda LTE de interes sobre el sustrato de Rogers R04003c™, los parametros de diseno pueden tener los siguientes:

- Anchura (A1) de la lmea microstrip (11): 1,65 mm

- Radio (R) del anillo interior (13i): 7,55 mm

- Anchura (A2) de cada celda (12): 0,3 mm

- Separation (S1) entre las dos celdas (12) basicas: 1 mm

- Separacion (S2) entre anillos o circunferencias concentricas (13): 0,33 mm

- Anchura del corte (C) en el anillo: 0,3 mm

El filtro (10) con el trazado descrito, con dos celdas (12) resonantes y cada una al menos con cuatro circunferencias concentricas (13), puede utilizarse bien de forma independiente, conectorizado para ser situado a la entrada de un televisor, o bien, integrado en un circuito impreso en la propia antena receptora junto con un circuito simetrizador.

En la Figura 3 se muestra la medida de la respuesta del circuito electrico del filtro (10) descrito en la Figura 1, que filtra la senal atenuando todos los canales desde el canal 61 hasta el canal 69, impidiendo que se produzcan interferencias en el interior del televisor que perturben la correcta vision de los canales 60 e inferiores y observandose claramente que presenta el rechazo deseado en la banda LTE, dejando pasar con perdidas menores de 0.5 dB la banda de television digital de libre difusion.

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   REIVINDICACIONES

   1. Filtro de rechazo de banda de frecuencias, que comprende en una cara superior (10A) una lmea microstrip (11), y en una cara inferior (10B) al menos dos celdas (12) resonantes, caracterizado porque cada celda (12) esta conformada por un trazado en un plano de tierra de al menos cuatro circunferencias concentricas (13) en una configuration de anillo con corte.
2. 2. Filtro segun la revindication 1, en donde la cara inferior (10B) comprende dos celdas (12) resonantes.
3. 3. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada celda (12) esta conformada por un trazado en un plano de tierra de cuatro circunferencias concentricas (13).
4. 4. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la banda de frecuencias a rechazar se determina mediante uno o mas parametros de diseno que se seleccionan entre:

   - anchura (A1) de la lmea microstrip (11),

   - radio (R) de la circunferencia interior (13i),

   - anchura (A2) de las dos celdas (12),

   - separation (S1) entre las dos celdas (12),

   - separacion (S2) entre dos circunferencias concentricas (13) consecutivas, y

   - anchura del corte (C) en cada celda (12)
5. 5. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que esta integrado en una placa de circuito impreso PCB.
6. 6. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que esta integrado en una antena receptora de television.
7. 7. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que esta conectado a una entrada de radiofrecuencia de un receptor de television.