ES2599803T3 - Filtro hiperfrecuencia pasa banda sintonizable mediante rotación relativa de una sección de inserto y de un elemento dieléctrico - Google Patents

Filtro hiperfrecuencia pasa banda sintonizable mediante rotación relativa de una sección de inserto y de un elemento dieléctrico Download PDF

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ES2599803T3 ES14198053.2T ES14198053T ES2599803T3 ES 2599803 T3 ES2599803 T3 ES 2599803T3 ES 14198053 T ES14198053 T ES 14198053T ES 2599803 T3 ES2599803 T3 ES 2599803T3
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Hussein Ezzeddine
Aurélien Perigaud
Olivier Tantot
Nicolas Delhote
Stéphane BILA
Serge Verdeyme
Damien Pacaud
Laetitia Estagerie
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Abstract

Filtro (100) pasa banda para onda hiperfrecuencia sintonizable de frecuencia, que comprende al menos un resonador (R, R1, R2), - comprendiendo cada resonador una cavidad (30, 102, 103) que presenta una pared (50) conductora sustancialmente cilíndrica a lo largo de un eje Z y al menos un elemento (21, 106, 107) dieléctrico dispuesto en el interior de la cavidad, - resonando dicho resonador en dos polarizaciones (X, Y) perpendiculares que presentan respectivamente unos repartos del campo electromagnético en la cavidad que se deducen uno de otro por una rotación de 90º, - comprendiendo la pared (50) de la cavidad una sección (20) de inserto enfrentada a dicho elemento (21, 106, 107) que presenta una forma (10) diferente de una sección no situada enfrentada al elemento, - siendo la sección (20) de inserto y el elemento (21, 106, 107) adecuados para efectuar una rotación uno con respecto a otro según el eje Z para definir al menos unas posiciones (P1) primera y (P2) segunda relativas que difieren en un ángulo sustancialmente igual a 45º con 20º de aproximación.

Description

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DESCRIPCION
Filtro hiperfrecuencia pasa banda sintonizable mediante rotacion relativa de una seccion de inserto y de un elemento dielectrico
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de los filtros de frecuencia en el campo de las ondas hiperfrecuencias, tradicionalmente de frecuencias comprendidas entre 1 GHz a 30 GHz. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a los filtros pasa banda sintonizables de frecuencia.
Estado de la tecnica
La tecnica anterior, el documento de los Estados Unidos US 5 796 318 que se considera como el estado de la tecnica mas proximo divulga un filtro pasa banda con resonadores dielectricos.
El tratamiento de una onda hiperfrecuencia, por ejemplo recibida por un satelite, necesita el desarrollo de componentes espedficos, que permiten la propagacion, la amplificacion y el filtrado de esta onda.
Por ejemplo, una onda hiperfrecuencia recibida por un satelite debe amplificarse antes de enviarse hacia el suelo. Esta amplificacion solo es posible separando el conjunto de las frecuencias recibidas en canales, que corresponden cada uno a una banda de frecuencia dada. Entonces, la amplificacion se realiza canal por canal. La separacion de los canales necesita el desarrollo de filtros pasa banda.
El desarrollo de los satelites y la complejidad aumentada del tratamiento de la serial a efectuar, por ejemplo una reconfiguracion de los canales en vuelo, ha llevado a la necesidad de implementar unos filtros pasa banda sintonizables de frecuencia, es decir, para los que es posible ajustar la frecuencia central de filtrado habitualmente denominada frecuencia de sintonizacion del filtro.
Una de las tecnologfas conocidas de filtros pasa banda sintonizables en el campo de las ondas hiperfrecuencia es la utilizacion de componentes semiconductores pasivos, como unos diodos PIN, unas capacidades continuamente variables o unos conmutadores capacitivos. Otra tecnologfa es la utilizacion de MEMS (para sistemas microelectromecanicos) de tipo ohmicos o capacitivos.
Estas tecnologfas son complejas, consumidoras de energfa electrica y poco fiables. Estas soluciones estan igualmente limitadas a la altura de la potencia de serial tratada. Es mas, la capacidad de sintonizacion de frecuencia tiene como consecuencia un deterioro significativo de los rendimientos del filtro, como su factor de calidad Q. Finalmente, las perdidas RF (banda realizada, “Return Loss”, perdidas de insercion, etc...) se deterioran por el cambio de frecuencia.
Por otra parte, se conoce la tecnologfa de los filtros a base de elementos dielectricos. Permite realizar unos filtros pasa banda no sintonizables.
Estos filtros comprenden tradicionalmente una cavidad al menos parcialmente cerrada, que comprende una pared conductora (tradicionalmente metalica, por ejemplo, de aluminio o de invar) en la que se dispone un elemento dielectrico, tradicionalmente de forma redonda o cuadrada (el material dielectrico es tradicionalmente circona, alumina o BMT).
Un medio de excitacion de entrada introduce la onda en la cavidad (por ejemplo, un cable coaxial terminado por una sonda electrica o una grna de onda acoplada por un iris) y un medio de excitacion de salida de la misma naturaleza permite hacer salir la onda de la cavidad.
Un filtro pasa banda permite la propagacion de una onda sobre un cierto intervalo de frecuencia y atenua esta onda para las otras frecuencias. De esta manera, se define una banda pasante y una frecuencia central del filtro. Para unas frecuencias alrededor de su frecuencia central, un filtro pasa banda presenta una transmision elevada y una reflexion escasa.
La banda pasante del filtro se caracteriza de diferentes maneras siguiendo la naturaleza del filtro.
El parametro S es un parametro que da cuenta de los rendimientos del filtro en cuanto a reflexion y a transmision. S11, o S22, corresponde a una medida de la reflexion y S12, o S21, a una medida de la transmision.
Un filtro realiza una funcion de filtrado. Esta funcion puede aproximarse por lo general por medio de unos modelos matematicos (funciones de Chebychev, de Bessel,.). Estas funciones se fundan por lo general en unas relaciones de polinomios.
Para un filtro que realiza una funcion de filtrado de tipo Chebychev o Chebychev generalizado, la banda pasante del filtro se determina a equiondulacion del S11 (o S22), por ejemplo, a 15 dB o 20 dB de reduccion de la reflexion con respecto a su nivel fuera de banda. Para un filtro que realiza una funcion de tipo Bessel, se toma la banda a -3 dB
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(cuando S21 cruza S11 si el filtro presenta unas perdidas insignificantes).
Un filtro comprende tradicionalmente al menos un resonador que comprende la cavidad metalica y el elemento dielectrico. Un modo de resonancia del filtro corresponde a una distribucion particular del campo electromagnetico que se excita a una frecuencia particular.
Con el fin de aumentar su selectividad, es decir, su capacidad para atenuar la senal fuera de la banda pasante, estos filtros pueden estar compuestos por una pluralidad de resonadores acoplados entre st
La frecuencia central y la banda pasante del filtro dependen a la vez de la geometna de las cavidades y de los elementos dielectricos, asf como del acoplamiento de los resonadores entre sf, asf como de los acoplamientos a los medios de excitacion de entrada y de salida del filtro. Unos medios de acoplamientos son, por ejemplo, unas aberturas o hendiduras denominadas iris, unas sondas electricas o magneticas o unas lmeas hiperfrecuencia.
El filtro deja pasar una senal de la que la frecuencia se situa en la banda pasante, pero no obstante la senal esta atenuada por las perdidas del filtro.
La sintonizacion del filtro que permite obtener unos maximos de transmision para una banda de frecuencia dada es muy delicada de realizar y depende del conjunto de los parametros del filtro. Es mas, es dependiente de la temperatura.
Con el fin de efectuar un ajuste del filtro para obtener una frecuencia central precisa del filtro, les frecuencias de resonancia de los resonadores del filtro pueden modificarse muy ligeramente con la ayuda de tornillos metalicos, pero este procedimiento efectuado de manera empmca es muy costoso en tiempo y solo permite un caracter sintonizable de frecuencia muy escaso, tradicionalmente del orden de algunos %. En este caso, el objetivo no es el caracter sintonizable sino la obtencion de un valor preciso de la frecuencia central y se desea obtener una sensibilidad reducida de la frecuencia de cada resonador con respecto a la profundidad del tornillo.
La simetna circular o cuadrada de los resonadores simplifica el diseno del filtro.
De manera general, un resonador presente segun su geometna uno o varios modos de resonancia caracterizados cada uno por una distribucion particular (distinguible) del campo electromagnetico que implica una resonancia de la onda hiperfrecuencia en la estructura a una frecuencia particular. Por ejemplo, unos modos de resonancia TE (para Transverse Electrique o H en terminologfa anglosajona) o TM (para Transverse Magnetique o E en terminologfa anglosajona) que presentan unos ciertos numeros de maximos de energfa marcados por unos indices, pueden excitarse en el resonador a diferentes frecuencias. La figura 1 describe a tttulo de ejemplo las frecuencias de resonancia de los diferentes modos para una cavidad circular vada en funcion de las dimensiones de la cavidad (diametro D y altura A).
Para optimizar la compacidad de los filtros, se conocen en la tecnica unos filtros resonadores que funcionan en varios modos (tradicionalmente 2 o 3). En particular, se conocen los filtros que funcionan segun un modo dual (“dual mode filter” en terminologfa anglosajona). Estos modos presentan dos polarizaciones X e Y perpendiculares que presentan un reparto distinguible y espedfico del campo electromagnetico en la cavidad: los repartos de los campos electromagneticos que corresponden a las dos polarizaciones son ortogonales y se deducen uno del otro por una rotacion de 90° alrededor de un eje de simetna del resonador.
Si la simetna del resonador es perfecta, las dos polarizaciones ortogonales poseen la misma frecuencia de resonancia y no se acoplan. El acoplamiento entre polarizaciones se obtiene rompiendo la simetna, por ejemplo, introduciendo una discontinuidad (perturbacion) a 45° de los ejes de polarizacion X e Y, tradicionalmente con la ayuda de tornillos metalicos.
Es mas, las frecuencias de resonancia pueden sintonizarse (eventualmente en unas frecuencias diferentes) introduciendo unas discontinuidades (perturbaciones) en los ejes de polarizacion (X e Y).
De esta manera, las dos polarizaciones X e Y de un modo dual pueden resonar segun una misma frecuencia (simetna segun los ejes de polarizacion) o segun dos frecuencias ligeramente diferentes (disimetna segun los ejes de polarizacion).
De esta manera, los modos duales permiten realizar dos resonancias electricas en un elemento resonante unico. Pueden utilizarse varios modos que poseen estas distribuciones de campo particulares. Por ejemplo, los modos duales TE11 n (H11 n) son muy utilizados en los filtros con cavidades, puesto que dan lugar a un buen compromiso entre un fuerte factor de calidad (tanto mas cuanto que el mdice n es grande), un espacio necesario reducido (dividido por 2 empleando unos modos duales) y un aislamiento frecuencial importante con respecto a los otros modos de resonancias (que no se desea acoplar para asegurar el buen funcionamiento del filtro).
Finalidad de la invencion
La presente invencion tiene como finalidad realizar unos filtros de tipo cavidad con elementos dielectricos, compactos, sintonizables de frecuencia central y que no presentan los inconvenientes anteriormente citados (factor
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de calidad y perdidas RF deteriorados por el caracter sintonizable, mala resistencia de potencia...).
Descripcion de la invencion
Para ello, la invencion tiene como objeto un filtro pasa banda para onda hiperfrecuencia sintonizable de frecuencia, que comprende al menos un resonador,
- comprendiendo cada resonador una cavidad que presenta una pared conductora sustancialmente cilmdrica a lo largo de un eje Z y al menos un elemento dielectrico dispuesto en el interior de la cavidad,
- presentando el resonador resonante en dos polarizaciones perpendiculares respectivamente unos repartos del campo electromagnetico en la cavidad que se deducen uno de otro por una rotacion de 90°,
- comprendiendo la pared de la cavidad una seccion de inserto enfrentada al elemento que presenta una forma diferente de una seccion no situada enfrentada al elemento,
- siendo la seccion de inserto y el elemento adecuados para efectuar una rotacion uno con respecto a otro segun el eje Z para definir al menos una primera y una segunda posiciones relativas que difieren en un angulo sustancialmente igual a 45° con 20° de aproximacion.
Segun un modo de realizacion, al menos una forma de entre la forma de la seccion de inserto y la forma del elemento comprende al menos dos planos ortogonales de simetna que se cortan segun el eje Z.
Ventajosamente, la forma de la seccion de inserto y la forma del elemento comprenden cada una al menos dos planos ortogonales de simetna S1, S3, Si1, Si3 que se cortan segun el eje Z.
Ventajosamente, la primera posicion es tal que los planos de simetna de la seccion de inserto coinciden con los planos de simetna del elemento con 10° de aproximacion.
Segun un modo de realizacion al menos una forma de entre la forma de la seccion de inserto y la forma del elemento presenta cuatro planos de simetna S1, S2, S3, S4, Si1, Si2, Si3, Si4, estando dos planos de simetna consecutivos separados en un angulo de 45° y cortandose segun el eje Z.
Ventajosamente, al menos una forma de entre la forma de la seccion de inserto y la forma del elemento presenta unas concavidades y/o unas convexidades de las que los extremos estan situados en las inmediaciones de ejes de simetnas.
Preferentemente, la forma sustancialmente cilmdrica presenta una curva directriz elegida de entre un cfrculo, un cuadrado.
Preferentemente, un modo de resonancia del resonador es del tipo H113 que presenta tres maximos del champo electrico en dicha cavidad a lo largo del eje Z.
Como variante, el resonador comprende, ademas, unos medios de rotacion adecuados para realizar dicha rotacion.
Segun un modo de realizacion, la seccion de inserto es movil con respecto a la pared conductora.
Preferentemente, la seccion de inserto movil comprende un manguito de ajuste movil.
Segun un modo de realizacion, el elemento dielectrico es movil con respecto a la pared conductora.
Ventajosamente, los medios de rotacion comprenden una varilla solidaria con el elemento dielectrico y que comprende un material dielectrico.
Segun un modo de realizacion, el filtro comprende una pluralidad de resonadores y unos medios de acoplamiento adaptados para acoplar entre sf dos resonadores consecutivos.
Preferentemente, el filtro comprende, ademas, unos medios de conexion adaptados para igualar las rotaciones respectivas de los medios de rotacion de los resonadores.
Ventajosamente, los medios de conexion comprenden dicha varilla solidaria con una pluralidad de elementos dispuestos a lo largo de la varilla.
Segun otro aspecto, la invencion se refiere a un circuito hiperfrecuencia que comprende al menos un filtro segun la invencion.
Otras caractensticas, finalidades y ventajas de la presente invencion se mostraran tras la lectura de la descripcion detallada que va a seguir y a la vista de los dibujos adjuntos dados a tftulo de ejemplos no limitativos y en los que:
- La figura 1 ilustra los modos de resonancia de una cavidad circular vacfa.
- La figura 2 describe un filtro segun una variante de la invencion segun un corte transversal.
- La figura 3 describe un filtro segun otra variante de la invencion segun un corte transversal.
- La figura 4 describe un filtro segun una variante preferente de la invencion que comprende al menos cuatro
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pianos ortogonales de simetna. La figura 4a describe el resonador del filtro segun una primera posicion P1 y la figura 4b describe el resonador del filtro segun una segunda posicion P2 relativa.
- La figura 5 describe el filtro de la figura 4 visto en perspectiva. La figura 5a describe el resonador del filtro segun una primera posicion P1 y la figura 5b describe el resonador del filtro segun una segunda posicion P2 relativa.
- La figura 6 ilustra una variante de forma de seccion de inserto y de elemento segun la invencion (6a posicion P1, 6b posicion P2).
- La figura 7 ilustra otra variante de forma de seccion de inserto y de elemento segun la invencion (7a posicion P1, 7b posicion P2).
- La figura 8 ilustra otra variante de forma de seccion de inserto y de elemento segun la invencion (8a posicion P1, 8b posicion P2).
- La figura 9 ilustra las variaciones del campo electrico de una polarizacion resonante en la cavidad del resonador del filtro segun la invencion.
- La figura 10 ilustra un filtro que comprende dos resonadores que comprenden cada uno una cavidad y un elemento dielectrico, estando los resonadores acoplados entre sf con la ayuda de un medio de acoplamiento (figura 10a posicion P1, figura 10b posicion P2).
- La figura 11 ilustra un filtro segun la invencion que presenta unos medios de entrada y de salida que realizan un acoplamiento lateral.
- La figura 12 ilustra un filtro que comprende tres resonadores (OK?).
- La figura 13 ilustra el comportamiento frecuencia del filtro de la figura 10.
- La figura 14 describe una segunda variante de la invencion segun la que el elemento es movil con respecto a la
pared conductora.
Descripcion detallada de la invencion
La invencion consiste en realizar un filtro pasa banda sintonizable de frecuencia central de tipo “modo dual” a partir
de una rotacion de diferentes elementos que componen el filtro. El filtro comprende al menos un resonador R,
comprendiendo cada resonador una cavidad 30 que presenta una pared conductora, tradicionalmente metalica, sustancialmente cilmdrica a lo largo de un eje Z y al menos un elemento dielectrico dispuesto en el interior de la cavidad.
La figura 2 describe un corte transversal de un resonador R del filtro segun la invencion en un plano perpendicular al eje Z.
El filtro funciona en un modo dual (“dual mode filter”), lo que significa que el resonador resuena en dos polarizaciones perpendiculares denominadas X e Y que presentan respectivamente unos repartos del campo electromagnetico en la cavidad 30 que se deducen uno de otro por una rotacion de 90°.
Las dos polarizaciones pueden resonar a la misma frecuencia o a unas frecuencias ligeramente diferentes. En este ultimo caso la respuesta de frecuencia del filtro es disimetrica.
Por otra parte, la simetna del modo puede romperse ligeramente para acoplar las dos polarizaciones (vease mas adelante).
En la cavidad 30 esta dispuesto al menos un elemento 21 dielectrico.
La pared de la cavidad es globalmente cilmdrica pero comprende una seccion espedfica, denominada seccion 20 de inserto, situada enfrentada al elemento 21, es decir, que corresponde a la parte de la pared que esta sustancialmente “de cara” al elemento en la cavidad 30. La seccion 20 de inserto presenta una forma 10 diferente de la forma de una seccion de esta misma pared no situada enfrentada al elemento. Preferentemente, es la forma de la pared interior de la cavidad la que presenta una forma espedfica.
Por ejemplo, en las figuras 2a y 2b, la pared de la cavidad presenta una forma cilmdrica de revolucion, pero la forma 10 de la seccion de inserto difiere del drculo.
La seccion 20 de inserto y el elemento 21 son adecuados para efectuar un rotacion uno respecto a otro segun el eje Z para definir al menos una primera posicion P1 relativa y una segunda posicion P2 relativa que difiere en un angulo sustancialmente igual a 45° con 20° de aproximacion. La figura 2a describe el resonador segun la primera posicion P1 y la figura 2b describe el resonador segun la segunda posicion P2 relativa. El angulo relativo entre el elemento y la seccion de inserto vana en aproximadamente 45° +/-20° entre las dos posiciones. De esta manera, el angulo relativo esta comprendido entre 25° y 65°. Preferentemente, el angulo relativo esta comprendido entre 45° +/-10°, esto es, comprendido entre 35° y 55°.
Los contornos de la seccion de inserto y el elemento estan adaptados de modo que la primera posicion P1 corresponde a una geometna de resonador resonante segun una primera frecuencia f1 central y la segunda posicion P2 corresponde a una geometna de resonador resonante segun una segunda frecuencia f2 central. De esta manera, la rotacion relativa del elemento con respecto a la seccion de inserto permite modificar la frecuencia central del filtro segun la invencion, segun al menos dos valores de frecuencia f1 y f2 central, lo que esta adaptado para unas aplicaciones de tipo “salto de canal”. Un efecto de este tipo se obtiene mediante variacion del efecto capacitivo
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inducido por la rotacion, como se describe mas adelante.
De esta manera, un filtro segun la invencion presenta numerosas ventajas. El filtro es a la vez dual, con todas las ventajas asociadas como la compacidad, y sintonizable. Los rendimientos RF no se deterioran sustancialmente por el cambio de frecuencia y el factor de calidad Q tampoco se deteriora sustancialmente comparado con los obtenidos tradicionalmente con unas cavidades resonantes, entre otros debido al impacto limitado del elemento 21 dielectrico sobre las perdidas del filtro. Tradicionalmente, se obtiene un factor Q>10.000 para un filtro segun la invencion, mientras que las otras soluciones de sintonizacion conocidas, o bien no son aplicables para la realizacion de un filtro de modo dual, o bien deterioran en gran manera las perdidas con respecto a un filtro sin elemento de sintonizacion.
Ademas, presenta una banda estrecha (vease mas adelante un ejemplo de rendimiento en funcion de la frecuencia). Es mas, el filtro es capaz de soportar una senal hiperfrecuencia de potencia elevada, tradicionalmente superior a 150 W. Estos niveles de resistencia de potencia son totalmente inviables con unos componentes semiconductores o unos MEMS.
Segun un modo de realizacion, cuando una sola de las dos formas presenta dos planos de simetnas ortogonales, la forma que presenta estos planos es fija.
Preferentemente, el resonador del filtro segun la invencion comprende, ademas, unos medios de rotacion adecuados para realizar la rotacion.
Preferentemente, un filtro segun la invencion presenta una seccion de inserto o un elemento que presenta unas propiedades de simetna particular que permiten que el filtro cumpla de manera optima la funcion deseada.
De esta manera, al menos una forma de entre la forma 10 de la seccion 20 de inserto y la forma 11 del elemento 21 comprende al menos dos planos ortogonales de simetna que se cortan segun el eje Z.
En la figura 2 a tftulo de ejemplo es la forma 11 del elemento 21, es decir, el contorno exterior del elemento segun una seccion perpendicular al eje Z, la que comprende al menos dos planos ortogonales de simetna Si1 y Si3, que se cortan segun el eje Z, esquematizados segun dos rectas en trazos continuos en los esquemas en corte de las figuras 2a y 2b. El angulo de rotacion puede estar referenciado, por ejemplo, con respecto a los ejes S1 y Si1, pero es el angulo relativo entre el elemento y la seccion de inserto el que vana en aproximadamente 45° +/-2o° entre las dos posiciones.
La figura 3 (figuras 3a y 3b) ilustra otra variante de geometna de la forma 10 de la seccion 20 de inserto y de la forma 11 del elemento 21. La figura 3a describe el resonador segun la primera posicion P1 y la figura 3b describe el resonador segun la segunda posicion P2 relativa.
En la figura 3 la forma 10 de la seccion 20 de inserto, es decir, el penmetro de la pared segun una seccion enfrentada al elemento (preferentemente el penmetro interior) comprende al menos dos planos ortogonales de simetna S1 y S3 que se cortan segun el eje Z, esquematizados segun dos rectas punteadas en los esquemas en corte de las figuras 3a y 3b. Se entiende por forma 10 de la seccion de inserto la forma global, haciendo abstraccion de los elementos de ajuste fino, como unos tornillos a 45° (no representados), que introducen localmente una ligera disimetna para acoplar las dos polarizaciones entre sf.
En este ejemplo la forma 21 del elemento 11 presenta igualmente dos planos de simetnas Si1 y Si3. De esta manera, segun esta variante la forma 10 de la seccion 20 de inserto y la forma 11 del elemento 21 comprenden cada una al menos dos planos ortogonales de simetna, (S1, S3) y (Si1, Si3) respectivamente, que se cortan segun el eje Z.
Segun una variante preferente, para una optimizacion mas comoda de los diferentes elementos del filtro, la primera posicion P1 es tal que los planos de simetna S1 y S3 de la seccion 20 de inserto coinciden con los planos de simetna Si1 Si3 del elemento 21 con 10° de aproximacion, como se ilustra en la figura 3.
Segun una variante preferente, ilustrada en las figuras 4 y 5, la forma 10 de la seccion 20 de inserto y/o la forma 11 del elemento 21 presenta cuatro planos de simetna denominados S1, S2, S3 y S4 para la seccion de inserto y Si1, Si2, Si3 y Si4 para el elemento, estando dos planos de simetna consecutivos separados en un angulo de 45° y cortandose segun el eje Z. Esta geometna permite igualmente un calculo de optimizacion del filtro de modo dual mas sencillo y mas rapido, con un diseno simplificado de la estructura del filtro.
Como se ilustra en la figura 4, para la variante segun la que para la posicion P1 los planos de simetna coinciden, durante una rotacion de 45° para la posicion P2, todavfa hay coincidencia ya que los planos consecutivos estan separados en un angulo de 45°.
Por ejemplo, segun P1:
S1=Si1; S2=Si2; S3=Si3; S4=Si4.
Segun P2, para una rotacion de 45° de la seccion de inserto, esto es los planos S1 a S4.
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S1= Si2; S2=Si3; S3=Si4; S4=Si1.
La figura 4 es una vista en corte perpendicularmente al eje Z y la figura 5 una vista en perspectiva que permite visualizar la seccion 20 de inserto. Las figuras 4a y 5a describen el resonador R segun la primera posicion P1 y las figuras 4a y 4b describen el resonador R segun la segunda posicion P2 relativa.
Las Figuras 4 y 5 ilustran igualmente una primera variante en la que es la seccion 20 de inserto la que es movil con respecto al elemento 21. Preferentemente, la seccion de inserto es igualmente movil con respecto a la pared 50 conductora del resonador R, con el fin de conservar la continuidad de la pared 50. Una seccion de inserto movil en rotacion se dispone entonces en el interior de la cavidad 30. La forma de la seccion de inserto se obtiene mediante anadido de partes 51 metalicas (que son, por ejemplo, unas convexidades considerando estas superficies desde el interior de la cavidad), a lo largo de la seccion, modificando localmente estas partes, aqu disminuyendo localmente, en las regiones enfrentadas al elemento, el diametro de la cavidad y, por lo tanto, la distancia entre el elemento y la pared 50 metalica. Por ejemplo, la seccion de inserto corresponde a un manguito de ajuste hecho movil. Siguiendo el angulo azimutal, el radio del manguito es variable de modo que la perturbacion vista por las 2 polarizaciones X e Y es diferente en las posiciones P1 y P2 (vease mas abajo).
Por ejemplo, el manguito de ajuste se hace movil con la ayuda de una junta que gira con el fin de retener la continuidad electrica entre la parte fija y la parte movil.
En la figura 5 en perspectiva, la estructura del elemento y de la seccion de inserto segun la direccion Z es homogenea. Esta homogeneidad corresponde a un modo de realizacion preferente porque es mas sencillo de realizar, pero la estructura en Z podna ser variable igualmente.
Una superficie cilmdrica se define mediante una curva directriz descrita por una recta denominada generatriz del cilindro. La curva directriz de la pared del filtro segun la invencion es preferentemente un cfrculo o un cuadrado, por razones de simetna intnnseca de este tipo de cavidad y de facilidad de diseno y de fabricacion.
Un modo dual se establece preferentemente segun ciertos modos particulares de cavidad, que corresponden, por lo tanto, a unos modos de realizacion preferentes de la invencion. Un ejemplo es el modo de tipo TE11 n (o H11n en terminologfa anglosajona), correspondiendo n al numero de variaciones del campo electrico (mmimos o maximos) segun el eje Z de la cavidad. Segun un modo de realizacion preferente, n=3, correspondiendo este caso a un compromiso entre espacio necesario y rendimientos electricos (perdidas y aislamiento de frecuencia).
Las figuras 6, 7 y 8 ilustran unas variantes de formas 10 de seccion de inserto y de elemento 11 y de rotacion relativa de uno con respecto a otro de un resonador segun la invencion. En la figura 8 unas concavidades 80 (vistas desde el interior de la cavidad) aumentan localmente la distancia entre el elemento y la pared metalica.
Para respetar las condiciones de simetna obteniendo al mismo tiempo una variacion del efecto capacitivo, segun un modo de realizacion la forma de la seccion de inserto y/o la forma del elemento presenta unas concavidades y/o unas convexidades de las que los extremos estan situados en las inmediaciones de ejes de simetnas del resonador. Para la seccion de inserto: en las inmediaciones de los planos de simetna (S1, S2, S3, S4). Para el elemento: en las inmediaciones de los planos de simetna (Si1, Si2, Si3, Si4). Este modo de realizacion es compatible, por supuesto, con un sistema que solo comprende dos planos de simetna, como se ilustra en las figuras 2 y 3.
Ademas, por supuesto, no es necesario que existan unas concavidad/convexidad en las inmediaciones de cada eje de simetna, siendo la limitacion respetar la condicion de simetna.
Las figura 9 ilustra las variaciones del campo electrico de una de las polarizaciones (X o Y) resonante en la cavidad del resonador de las figuras 4-5. La figura 9a describe el resonador R segun la primera posicion P1 relativa y la figura 9b describe el resonador R segun la segunda posicion P2 relativa, para la que la seccion 20 de inserto ha efectuado una rotacion de 45° con respecto al elemento 21.
Las zonas punteadas referenciadas como 90 ilustran las zonas para las que el campo electrico presenta unos maximos.
Para la primera posicion P1, el campo electrico esta concentrado entre las puntas del elemento y las convexidades/excrecencias 51 de la seccion de inserto. Para la segunda posicion P2 este campo electrico esta concentrado entre las aristas del elemento y las convexidades 51.
La modificacion de la frecuencia de resonancia del filtro se obtiene mediante variacion del efecto capacitivo entre el inserto 21 y la seccion 20 de inserto. De hecho, es posible modelizar el comportamiento frecuencial de un resonador mediante un circuito electrico equivalente: una asociacion paralela resistencia-capacidad-inductancia (resonador RLC). Este circuito posee una frecuencia de resonancia funcion del producto L.C. Cuando se juega con el efecto capacitivo, el valor de la capacidad vana, implicando una variacion de la frecuencia de resonancia.
El efecto capacitivo inducido por la presencia de un elemento dielectrico es funcion de su geometna y de las caractensticas del material que lo compone (permitividad dielectrica), pero tambien del modo de resonancia (en
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particular de la distribucion asociada del campo electromagnetico). En funcion del modo (o de la polarizacion para un modo dual), el campo electromagnetico solo esta influenciado por una parte del elemento. Una variacion de la forma del elemento en unas zonas de fuerte amplitud del campo electrico modifica el efecto capacitivo del resonador. El contraste obtenido sobre el efecto capacitivo se maximiza cuando esta variacion esta localizada sobre unos maximos de campo electrico. En el caso de un filtro de modo dual, el efecto deber ser globalmente el mismo en cada polarizacion para obtener el mismo desfase de frecuencia para las dos polarizaciones.
Como variante, el filtro comprende una pluralidad de resonadores y unos medios de acoplamiento adaptados para acoplar entre sf dos resonadores consecutivos.
La figura 10 (figura 10a posicion P1, figura 10b posicion P2) ilustra un filtro 100 que comprende dos resonadores R1 y R2 que comprenden cada uno una cavidad 102 y 103 y un elemento 106, 107 dielectrico, estando los resonadores acoplados entre sf con la ayuda de un medio 101 de acoplamiento, aqu un iris. Unos medios 104 y 105 de entrada y de salida respectivamente permiten que la onda hiperfrecuencia penetre y salga respectivamente del filtro.
La pared 50 metalica cilmdrica es comun en este ejemplo para las dos cavidades y el acoplamiento se realiza por el fondo. Pero el filtro segun la invencion es compatible, por supuesto, con un acoplamiento lateral, como se ilustra en la figura 11.
El filtro 100 de la figura 10 comprende dos cavidades, cada una resonante en dos polarizaciones y, de esta manera, constituye un filtro llamado “4 polos”.
Por supuesto, la invencion es compatible con 3 cavidades (o mas), que permiten obtener una banda pasante mas estrecha, como se ilustra en la figura 12.
Un ejemplo de comportamiento frecuencial del filtro de la figura 10 se ilustra en la figura 13 (figura 13a posicion P1, figura 13b posicion P2). El modo dual es de tipo H113 y los parametros del filtro de este ejemplo son:
Longitud total: 90 mm; diametro del cilindro 27 mm; utilizacion de un manguito de ajuste movil; elemento dielectrico de Alumina (permitividad 9,4) de forma cuadrada de lado 12 mm x 12 mm y de espesor segun Z de 4 mm. Las curvas 111 y 112 (trazo continuo) corresponden a las curvas de tipo S11 (reflexion del filtro) y las curvas 113 y 114 (trazo punteado) a las curvas de tipo S21 (transmision del filtro). Entre las dos posiciones P1 y P2 se constata una variacion de aproximadamente 150 MHz (1,5 %) de la frecuencia de resonancia.
Segun una segunda variante de la invencion ilustrada en la figura 14 (figura 14a posicion P1, figura 14b posicion P2) el elemento es movil con respecto a la pared conductora y con respecto a la seccion de inserto que es fija. En este ejemplo los medios de rotacion comprenden una varilla 120 de material dielectrico solidaria con el elemento o con una pluralidad de elementos cuando la estructura de las cavidades lo permite, como en la figura 12. De hecho, en la figura 12 el acoplamiento se realiza por el fondo, de esta manera los elementos sucesivos se encuentran alineados segun un mismo eje y, por lo tanto, pueden ser todos solidarios con una misma varilla. Esta geometna presenta la ventaja de que permite el control del conjunto de las rotaciones de la pluralidad de elementos con un mismo elemento. Esta geometna es compatible, por supuesto, con un acoplamiento lateral, en lugar de por el fondo como se ilustra en la figura 14.
En un modo de realizacion el filtro comprende, ademas, unos medios de conexion adaptados para igualar las rotaciones respectivas de los medios de rotacion de los resonadores.
Para la segunda variante en la que los elementos son moviles y solidarios con una misma varilla 120, la varilla es igualmente un medio de conexion. Los medios de rotacion pueden comprender igualmente un motor paso a paso para controlar la rotacion de los elementos, en el caso en que debe efectuarse una reconfiguracion del filtro en vuelo por ejemplo.
Segun otro aspecto la invencion tiene igualmente como objeto un circuito hiperfrecuencia que comprende al menos un filtro segun la invencion.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Filtro (100) pasa banda para onda hiperfrecuencia sintonizable de frecuencia, que comprende al menos un resonador (R, R1, R2),
    - comprendiendo cada resonador una cavidad (30, 102, 103) que presenta una pared (50) conductora sustancialmente cilmdrica a lo largo de un eje Z y al menos un elemento (21, 106, 107) dielectrico dispuesto en el interior de la cavidad,
    - resonando dicho resonador en dos polarizaciones (X, Y) perpendiculares que presentan respectivamente unos repartos del campo electromagnetico en la cavidad que se deducen uno de otro por una rotacion de 90°,
    - comprendiendo la pared (50) de la cavidad una seccion (20) de inserto enfrentada a dicho elemento (21, 106, 107) que presenta una forma (10) diferente de una seccion no situada enfrentada al elemento,
    - siendo la seccion (20) de inserto y el elemento (21, 106, 107) adecuados para efectuar una rotacion uno con respecto a otro segun el eje Z para definir al menos unas posiciones (P1) primera y (P2) segunda relativas que difieren en un angulo sustancialmente igual a 45° con 20° de aproximacion.
  2. 2. Filtro segun la reivindicacion 1, en el que al menos una forma de entre la forma (10) de la seccion (20) de inserto y la forma (11) del elemento (21) comprende al menos dos planos ortogonales de simetna (S1, S3), (Si1, Si3) que se cortan segun el eje Z.
  3. 3. Filtro segun una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la forma (10) de la seccion (20) de inserto y la forma (11) del elemento (21) comprenden cada una al menos dos planos ortogonales de simetna (S1, S3), (Si1, Si3) que se cortan segun el eje Z.
  4. 4. Filtro segun la reivindicacion 3, en el que la primera posicion (P1) es tal que dichos planos de simetna (S1, S3) de la seccion (20) de inserto coinciden con dichos planos de simetna (Si1, Si3) del elemento con 10° de aproximacion.
  5. 5. Filtro segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una forma de entre la forma (10) de la seccion de inserto y la forma (11) del elemento presenta cuatro planos de simetna (S1, S2, S3, S4), (Si1, Si2, Si3, Si4), estando dos planos de simetna consecutivos separados en un angulo de 45° y cortandose segun el eje Z.
  6. 6. Filtro segun una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que al menos una forma de entre la forma (10) de la seccion de inserto y la forma (11) del elemento presenta unas concavidades y/o unas convexidades (51, 80) cuyos extremos estan situados en las inmediaciones de los ejes de simetna (S1, S2, S3, S4), (Si1, Si2, Si3, Si4).
  7. 7. Filtro segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la forma sustancialmente cilmdrica presenta una curva directriz elegida de entre un cfrculo, un cuadrado.
  8. 8. Filtro segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que un modo de resonancia del resonador es del tipo H113 que presenta tres maximos del campo electrico en dicha cavidad a lo largo del eje Z.
  9. 9. Filtros segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el resonador comprende, ademas, unos medios de rotacion adecuados para realizar dicha rotacion.
  10. 10. Filtro segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la seccion de inserto es movil con respecto a la pared conductora.
  11. 11. Filtro segun la reivindicacion 10, en el que la seccion de inserto movil comprende un manguito de ajuste movil.
  12. 12. Filtro segun una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el elemento dielectrico es movil con respecto a la pared conductora.
  13. 13. Filtro segun la reivindicacion 9, en el que dichos medios de rotacion comprenden una varilla (120) solidaria con el elemento dielectrico y que comprende un material dielectrico.
  14. 14. Filtro segun una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de resonadores (R1, R2) y unos medios (101) de acoplamiento adaptados para acoplar entre sf dos resonadores consecutivos.
  15. 15. Filtro segun la reivindicacion 14, que comprende, ademas, unos medios de conexion adaptados para igualar las rotaciones respectivas de los medios de rotacion de los resonadores.
  16. 16. Filtro segun la reivindicacion 15, en el que los medios de conexion comprenden dicha varilla solidaria con una pluralidad de elementos dispuestos a lo largo de la varilla.
  17. 17. Circuito hiperfrecuencia que comprende al menos un filtro segun una de las reivindicaciones anteriores.
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