ES2304372T3 - Resonador, especificamente para filtro de hiperfrecuencia, y filtro que lo comprende. - Google Patents

Abstract

Resonador de hiperfrecuencia, específicamente para filtro, que comprende una cavidad resonante (1) cuya pared (2) es conductora, en la que son colocados un elemento resonador plano (4), medios de compensación de la frecuencia (5) y medios de acoplamiento inter-modo (6, 7), el elemento resonador plano, realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, siendo dispuesto transversalmente en la cavidad de manera que los vértices del paralelogramo estén al menos hiperfrecuencialmente en cortocircuito entre sí por la pared, dicho resonador estando caracterizado porque comprende al menos otro elemento resonador plano (4''), realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, los elementos resonadores estando dispuestos próximos, paralelos entre sí y transversalmente a un eje central (YY'') de la cavidad y porque los medios de compensación de la frecuencia y los medios de acoplamiento inter-modo son colocados entre los elementos resonadores paralelos.

Description

Resonador, específicamente para filtro de hiperfrecuencia, y filtro que lo comprende.

La invención se refiere a un resonador de hiperfrecuencia del tipo con cavidad resonante, dotado de una pared conductora, en la cual un elemento resonador en material dieléctrico es colocado. La misma se refiere también a un filtro de hiperfrecuencia que comprende más particularmente ese resonador.

Como es conocido, y como se indica específicamente en el preámbulo de la patente francesa 2734084, resonadores de hiperfrecuencias de este tipo tienen como característica solamente poder ser excitados en una banda estrecha de frecuencia que se extiende alrededor de una frecuencia de resonancia. Estos son tradicionalmente puestos en práctica para realizar filtros de hiperfrecuencias organizados alrededor de uno o más de estos resonadores montados en serie. Como lo señalaba, esta patente 2734084, los resonadores y filtros de hiperfrecuencias realizados anteriormente tenían una concepción que los hacía delicados de producir. Además, los intercambios térmicos entre los elementos resonadores y las cavidades, en las que estos elementos fueron colocados, se revelaban insuficientes, esto siendo especialmente debido a la presencia de órganos realizados en el material térmicamente aislante, para el mantenimiento de los elementos resonadores en posición. Diferentes elementos resonadores han sido propuestos en la patente mencionada anteriormente, con el fin de resolver los problemas antes mencionados. Una de las variantes presentadas prevé la puesta en práctica de un elemento resonador delgado y plano que se coloca en una cavidad resonante y con pared conductora. Este elemento es realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, es dimensionado y montado de manera que los vértices del paralelogramo estén en cortocircuito entre sí por la pared conductora, ya sea conductivamente, ya sea solamente por las ondas de hiperfrecuencias. Sin embargo, el resonador obtenido por esta variante tiene la desventaja de no permitir una suficiente recuperación de la energía que se le ha suministrado y de ser relativamente difícil de regular.

La presente invención propone por lo tanto un resonador de hiperfrecuencia, específicamente para filtro, que comprende una cavidad, resonante y con pared conductora, en la cual se colocan un elemento resonador plano, medios de compensación de la frecuencia y medios de acoplamiento inter-modo, el elemento resonador plano siendo realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo y estando dispuesto transversalmente en la cavidad de manera que los vértices del paralelogramo que forma, estén al menos hiperfrecuencialmente en cortocircuito por la pared conductora.

De acuerdo a una característica de la invención, dicho resonador comprende al menos otro elemento resonador plano, realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, los elementos resonadores estando dispuestos próximos, paralelos entre sí y transversalmente a un eje central de la cavidad, así como medios de compensación de la frecuencia y medios de acoplamiento inter-modo colocados entre los elementos resonadores paralelos. Esto conduce a que el resonador tenga una banda útil ensanchada.

La invención también propone un filtro de hiperfrecuencia, que está caracterizado porque comprende al menos un resonador de hiperfrecuencia, tal como el mencionado anteriormente, al que están asociados medios de inyección de energía de hiperfrecuencia a la entrada del filtro, para la excitación del o de los resonadores, y medios de extracción de la energía de resonancia a la salida del filtro, así como medios de acoplamiento entre los resonadores en serie, cuando el filtro comprende más de un resonador.

La invención, sus características y sus ventajas se detallan en la descripción que sigue con relación a las figuras mencionadas a continuación.

La figura 1 presenta un esquema de un resonador de hiperfrecuencias, de acuerdo a la invención.

La figura 2 presenta una sección transversal del resonador, de acuerdo a la figura 1.

La figura 3 presenta un esquema en corte de un filtro de hiperfrecuencia que comprende resonadores de acuerdo a la invención.

La figura 4 presenta un diagrama que ilustra la respuesta en transmisión y las pérdidas en reflexión de un ejemplo de filtro de acuerdo a la invención.

El resonador de hiperfrecuencia, que se presenta en la figura 1, comprende una cavidad resonante 1, cuya pared 2 es eléctricamente conductora. Como es sabido, esta cavidad puede tener una sección cuadrangular, en la forma preferida de realización presentada, esta cavidad es de sección transversal circular y se extiende internamente sobre la longitud de un elemento de tubo cilíndrico de revolución 3 cuyos extremos están sellados. El elemento de tubo es, por ejemplo, realizado en un metal buen conductor.

Elementos resonadores planos; como 4 y 4', están montados en la zona central de la cavidad o están dispuestos en paralelo, transversalmente al eje longitudinal central YY' de esta cavidad y próximos uno del otro. Estos elementos resonadores son realizados en un material dieléctrico que posee preferiblemente una fuerte constante dieléctrica E, un fuerte factor de sobre-tensión Q y un bajo coeficiente de variación de frecuencia de resonancia, en función de la temperatura.

En una forma preferida de realización el resonador es excitado en modo fundamental TE 101, el que permite en efecto obtener frecuencias de utilización relativamente lo más bajas posible para determinadas dimensiones del resonador.

Los elementos resonadores son esencialmente planos, incluso si estos son susceptibles de comprender aberturas de tipo iris con fines de acoplamiento y variaciones localizadas de grosor, tales como específicamente sobre-grosores en las zonas de enlace térmico. Como ya se ha propuesto en la patente francesa 2734084, se presentan de preferencia y al menos aproximadamente en forma de paralelogramos. En el ejemplo de realización presentado, los elementos resonadores son de forma cuadrada. Los vértices de los paralelogramos, o cuadrados, se suavizan para adaptarse a la forma de la pared interna de la cavidad donde se colocan y con la que aseguran la mayor parte de los intercambios térmicos, para el elemento resonador del que forman parte, cuando éste es excitado. En el ejemplo ilustrado, los vértices de los cuadrados que constituyen los elementos resonadores 4, 4' son por lo tanto redondeados complementariamente con relación a la pared interna 2 del cilindro de revolución que delimita la cavidad 1. El enlace entre estos vértices y la pared 2 se efectúa ya sea por conducción directa, si los elementos resonadores son directamente fijados en apoyo contra esta pared, como se muestra en la figura 2. La misma se efectúa hiperfrecuencialmente, si cada vértice se apoya contra la pared por un delgado elemento intermedio de fijación, de una manera conocida no desarrollada aquí. Este elemento es por ejemplo de naturaleza elástica, para mantener cada elemento resonador en posición, mientras que se compensan las variaciones dimensionales debidas a las variaciones de temperatura. Un montaje de este tipo puede ser conocido para permitir realizar un acoplamiento hiperfrecuencial entre los elementos resonadores y la pared interna de una cavidad resonante a la frecuencia de funcionamiento.

Los elementos resonadores alojados en el interior de una cavidad son de preferencia colocados uno cerca del otro en la zona media de la cavidad y medios de compensación en frecuencia, así como medios de acoplamiento, son previstos en un intervalo dispuesto por su colocación entre los resonadores paralelos, así como se observa en la figura 1.

Estos diversos medios, conocidos, son aquí simbolizados por una primer tornillo de regulación de compensación 5, en un primer modo. Este primer tornillo está dispuesto perpendicularmente al eje YY' de la cavidad que atraviesa la pared, de manera de más o menos sobresalir en la cavidad. Un segundo tornillo 6 de regulación de la compensación en un segundo modo es montado, co-planar y de manera análoga, de acuerdo a un eje perpendicular al del tornillo 5. Un tercer tornillo de compensación 7 permite hacer variar el acoplamiento de energía entre los modos de excitación del resonador, el mismo es montado en el plano de los otros dos tornillos, a un ángulo de 45º con relación al eje de cada uno de los mismos.

Como se ha indicado, la colocación en paralelo de elementos resonadores, tales como 4 y 4', permiten ampliar la banda útil del resonador de hiperfrecuencia, que los comprende, permitiendo una mejor excitación de los modos. Una ganancia del orden de 3,4 es por ejemplo obtenida con un resonador de hiperfrecuencia de cavidad cilíndrica de revolución que contiene dos elementos resonadores planos y de forma cuadrada cuyos vértices están en cortocircuito por la pared interna de la cavidad.

Un factor de calidad Q_{0} elevado y un buen aislamiento son susceptibles de ser obtenidos para el modo fundamental TE 101 con este tipo resonador.

El hecho de utilizar dos elementos resonadores en paralelo ofrece específicamente como ventaja permitir obtener al nivel de un resonador, que comprende estos dos elementos, un resultado equivalente a aquel que sería obtenido con un elemento resonador único más grueso. Esto es particularmente interesante, cuando un elemento grueso de este tipo no está disponible. La utilización de elementos resonadores dispuestos en forma paralela con diferentes grosores, permite también obtener una gama de resonadores de hiperfrecuencias por combinación de elementos resonadores que se diferencian por sus respectivos grosores y, en consecuencia, por sus frecuencias de resonancia. Una gama de este tipo puede específicamente ser obtenida mediante la combinación de un elemento resonador de grosor dado a elementos resonadores que tienen cada uno con un grosor diferente, por ejemplo creciente, en combinaciones compuestas cada una de dos elementos resonadores. También se ha previsto combinar un número de elementos resonadores que sea superior a dos, si es necesario.

La Figura 3 presenta un corte de un filtro de hiperfrecuencia 8 que comprende una pluralidad de resonadores de hiperfrecuencias, tales como 1A y 1N, de acuerdo a la invención. Estos resonadores se alinean de acuerdo a un mismo eje que constituye el eje longitudinal y central del filtro. Paredes transversales, tales como 9A y 9N, se colocan en el elemento tubular que constituye la continuación de los resonadores de hiperfrecuencias y separan las cavidades de esos resonadores tomados por dos. Estos tabiques están dispuestos de forma que permita el acoplamiento entre las cavidades de los resonadores que los mismos separan. Este acoplamiento es susceptible de ser obtenido por cualquier medio apropiado y por ejemplo a través de una abertura, tal como 10A o 10N, de tipo ranura o iris, aquí supuestamente realizada en el medio del tabique. Los tabiques, así como elemento tubular, se realizan en materiales habitualmente utilizados en este campo.

Como se sabe el filtro de hiperfrecuencia 8 comprende una cavidad de entrada que está aquí constituida por la cavidad resonante de un resonador de acuerdo a la invención, como en este caso la cavidad 1A. La misma comprende medios de acoplamiento externos que le permiten estar unida a una fuente de energía de hiperfrecuencia que proporciona la señal a tratar. Estos medios de acoplamiento están situados aguas arriba de los elementos resonadores 4A, 4A' que contiene la cavidad y por ejemplo están constituidos en forma de una sonda 11. En un ejemplo preferido de realización, la excitación de la cavidad de entrada se realiza de acuerdo a un modo TE, tal como TE 101, que permite obtener una frecuencia de resonancia relativamente baja para determinadas dimensiones, así como una banda útil de amplitud mejorada con relación al resonador equivalente a un único elemento resonador, como ya se ha indicado anteriormente.

Uno o más resonadores de hiperfrecuencias son susceptibles de ser montados en serie a continuación del resonador de entrada, ya sea en el mismo elemento tubular, tal y como se representa, o eventualmente en elementos tubulares alineados y enlazados. Cada resonador, de acuerdo a la invención, comprende dos elementos resonadores en una cavidad, tales como 4A y 4A' para el resonador cuya cavidad es 1A, y medios de compensación y de acoplamiento, tal como aquellos referenciados 5A, 6A, 7A o 5N, 6N, 7N para los resonadores cuyas cavidades son 1A y 1N.

El resonador, cuya cavidad es aquí referenciada 1N y que está situado de último a continuación de los resonadores del filtro 8, comprende medios que permiten extraer del filtro la energía de hiperfrecuencia de resonancia que éste ha permitido filtrar. Estos medios de extracción están aquí constituidos por una sonda 12.

Un diagrama es presentado a título de ejemplo no limitativo en la figura 4, este muestra la eficacia de un filtro, de acuerdo a la invención. Las unidades seleccionadas para las ordenadas en este diagrama son respectivamente de 10 dB por casilla para la curva de transmisión, de 5 dB por casilla para la curva de pérdidas, así como de 200 MHz por casilla para las abscisas. Este filtro tiene cuatro polos de 47 MHz de banda útil y se supone centrado en una frecuencia de 1655 MHz. La curva T de transmisión del filtro en función de la frecuencia muestra que su ventana de transmisión es del orden de 47 MHz para la ventana de transmisión máxima y del orden de 94 MHz a -25 dB. La curva R muestra en correspondencia, el ritmo de pérdidas de reflexión en función de la frecuencia.

La elección de grosores de los elementos resonadores y la flexibilidad de combinación obtenida mediante la asociación de los elementos, específicamente por pares, permite la realización y la explotación de los filtros de acuerdo a la invención en un rango de frecuencias ampliadas con relación a lo que se conocía anteriormente.

Claims (4)

1. Resonador de hiperfrecuencia, específicamente para filtro, que comprende una cavidad resonante (1) cuya pared (2) es conductora, en la que son colocados un elemento resonador plano (4), medios de compensación de la frecuencia (5) y medios de acoplamiento inter-modo (6, 7), el elemento resonador plano, realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, siendo dispuesto transversalmente en la cavidad de manera que los vértices del paralelogramo estén al menos hiperfrecuencialmente en cortocircuito entre sí por la pared, dicho resonador estando caracterizado porque comprende al menos otro elemento resonador plano (4'), realizado en material dieléctrico en una forma al menos aproximada a un paralelogramo, los elementos resonadores estando dispuestos próximos, paralelos entre sí y transversalmente a un eje central (YY') de la cavidad y porque los medios de compensación de la frecuencia y los medios de acoplamiento inter-modo son colocados entre los elementos resonadores paralelos.

2. Resonador de hiperfrecuencia, de acuerdo a la reivindicación 1, que comprende al menos dos resonadores planos y paralelos que tienen grosores diferentes.

3. Resonador de hiperfrecuencia, de acuerdo a las reivindicaciones 1, 2, en el que la cavidad tiene una forma cilíndrica de revolución y contiene elementos resonadores, delgados y planos, realizados cada uno en un material dieléctrico y en una forma al menos aproximadamente cuadrada.

4. Filtro de hiperfrecuencia, que comprende al menos un resonador de hiperfrecuencia de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes en el cual son asociados medios de inyección de energía de hiperfrecuencia (11) colocados aguas arriba del o de los resonadores y medios de extracción de la energía de resonancia (12) colocados aguas abajo, así como medios de acoplamiento (10A, 10N) entre los resonadores en serie, cuando el filtro comprende más de un resonador.