ES2627835T3 - Filtro de radiofrecuencia regulable de tecnología planar y procedimiento de reglaje del filtro - Google Patents

Abstract

Filtro de radiofrecuencia regulable de tecnología planar que consta de un sustrato (8, 90) dieléctrico y de n resonadores R1, R2, ...Ri, ...Rj, ...Rk, ...Rn integrados en el sustrato, constando cada resonador, en un plano PL principal del sustrato, de una sucesión de tramos t1, t2, ...tq, ...tp de líneas de transmisión planares que tienen cada una dos extremos, siendo p el número de tramos de líneas de transmisión planares del resonador Ri considerado, siendo p igual o superior a 2, siendo q el rango del tramo, estando un extremo de un tramo tq de un resonador Ri enfrentado y separado una distancia d de un extremo del tramo t(q+1) siguiente del mismo resonador Ri, estando los extremos enfrentados de los tramos sucesivos de un resonador Ri unidos por una unión (30, 34, 50, 52, 54) eléctrica que eleva localmente la impedancia (Zc) característica del resonador Ri considerado, caracterizado porque dicha unión eléctrica consta de una línea AI (30, 34) de alta impedancia conectada en paralelo con al menos un elemento (50, 52, 54) de reglaje.

Description

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DESCRIPCION

Filtro de radiofrecuencia regulable de tecnolog^a planar y procedimiento de reglaje del filtro

La invencion se refiere a los filtros de radiofrecuencia de tecnologfa planar regulables o ajustables para obtener las prestaciones de filtrado deseadas.

Algunos tipos de filtros de radiofrecuencia (RF) funcionan, en particular, en unas bandas de altas frecuencias y de microondas que constan de unos resonadores acoplados realizados a partir de lmeas de transmision de tecnologfa planar.

Las figuras 1,2 y 3 representan respectivamente tres filtros planares de paso banda del estado de la tecnica.

La figura 1 representa un filtro de tecnologfa planar reducido a la minima expresion. Este filtro consta de un resonador R2 de media onda acoplado en paralelo en la mitad de su longitud con dos resonadores R1 y R3 adyacentes de cuarto de onda.

Los resonadores R1, R2, R3 se realizan la mayona de las veces de tecnologfa de lmeas de microcinta. El filtro de la figura 1 consta, por lo tanto, de un sustrato 8, con un espesor h, de permitividad Er dielectrica, que tiene una cara 10 principal que consta de una lmea de microcinta respectiva para cada resonador y de una cara 12 metalizada opuesta a la cara principal para formar un plano de masa.

De forma conocida, el experto en la materia sabe calcular las dimensiones ffsicas respectivas de las lmeas de microcinta, su longitud y la distancia que separa estas lmeas para obtener las caractensticas deseadas del filtro, en particular, el ancho de banda, las impedancias en los accesos del filtro, la banda de frecuencias atenuada u otros parametros del filtro. En este tipo de filtro, la sintonizacion de la frecuencia central del resonador R2 de la figura 1 se obtiene principalmente cambiando la longitud de la lmea de microcinta que la constituye.

Los resonadores R1 y R3 estan respectivamente conectados a los accesos A1, A2 del filtro mediante una respectiva lmea L1 y L2 de impedancia caractenstica estandar de entrada y de salida de los filtros, esto es habitualmente de 50 Q.

Las figuras 2 y 3 muestran otros dos tipos de filtros reducidos a su mas simple expresion de tecnologfa planar que constan tambien de tres resonadores R1, R2, R3.

El filtro de la figura 2 es de tipo interdigital. Uno de los extremos e2 del resonador R2 esta unido a masa (impedancia nula).

El filtro de la figura 3 es de tipo en peine y consta tambien de tres resonadores R1, R2, R3 de cuarto de onda. Uno de los extremos e1, e2, e3 de los tres resonadores R1, R2, R3 esta unido a masa.

El filtro de la figura 3 permite obtener unos anchos de banda muy estrechos, y los filtros de las figuras 1 y 2, unos anchos de banda mas anchos (o moderados). Estos filtros son a menudo simetricos electricamente, en este caso los accesos A1 y A2 son intercambiables.

No obstante, estos tipos de filtros del estado de la tecnica estan limitados por las tolerancias de los elementos que los constituyen. Sus principales caractensticas electricas, por ejemplo su ancho de banda, frecuencia de corte, perdidas en el ancho de banda, banda atenuada u otros parametros esenciales dependen en gran medida de las caractensticas del sustrato utilizado para realizar las lmeas del filtro cuyo espesor, cuya permitividad, cuya permeabilidad, pueden variar de un filtro a otro, pero tambien por las tolerancias de los procedimientos de fabricacion como las precisiones de grabado de las lmeas, de realizacion de las vfas, de superposicion de multiples capas dielectricas del sustrato, en el caso de uso de sustratos de multiples capas.

Estos parametros variables pueden conducir a unos rendimientos de fabricacion de los filtros insuficientes o demasiado aleatorios, en los siguientes casos y, en particular, en sus combinaciones:

- filtros integrados en unas estructuras de sustratos de multiples capas en particular en el caso de que estos filtros estan integrados en un subsistema monolftico consecuente. Un filtro fuera de especificacion implica por tanto el rechazo de todo el subsistema. Cuando varios filtros estan integrados en un mismo modulo entonces el problema de rendimiento es aun mas cntico;

- filtros que presentan unas frecuencias de cortes o unos ceros CT de transmision muy cercanos, por ejemplo, un filtro de paso de banda con un pequeno ancho de banda y/o una pequena banda rechazada, simples o multiples;

- filtros que comprenden unas vfas. Este es a menudo el caso, por ejemplo, de los filtros constituidos por resonadores con un extremo cortocircuitado hacia la masa;

- filtros compactos realizados con unos sustratos con una alta permitividad y/o una alta permeabilidad, especialmente sensibles a las tolerancias de realizacion y a los parametros electricos como la permitividad dielectrica y la permeabilidad magnetica;

- sistemas que constan de unos filtros que necesitan llevar a cabo su reglaje en su contexto de uso;

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- filtros multiplexores.

Para mejorar o garantizar un rendimiento mmimo de fabricacion de los filtros de tecnolog^a planar del estado de la tecnica, los disenadores y/o los fabricantes recurren actualmente a las tecnicas o metodos siguientes:

Segun un primer metodo, los filtros se realizan y se caracterizan de forma individual, a parte de los sistemas para los cuales estan destinados. Esto a pesar de que se realizan en una tecnologfa identica a la del sistema, por ejemplo en unos sustratos organicos o bien cuando se trata de sistemas integrados tubridos complejos dentro o alrededor de un apilamiento de sustratos.

Otro metodo para garantizar las prestaciones de los filtros consiste en llevar a cabo una caracterizacion y una seleccion drastica de los sustratos y otros materiales eventualmente utilizados en un ensamblaje (por ejemplo, unos preimpregnados), en una gama de valores reducidos con respecto a los que proponen los fabricantes.

Sin embargo, las mediciones precisas de permitividad y/o de permeabilidad de los materiales utilizados para realizar los sustratos son caras y complicadas de realizar. En unos apilamientos de materiales heterogeneos e incluso anisotropicos (tensores de permitividad electrica y de permeabilidad magnetica) esta caracterizacion es aun mas complicada de realizar. Ademas, si el fabricante de materiales no domina lo suficiente las propiedades de sus materiales entonces no sera seguro disponer de la cantidad requerida de materiales con las caractensticas adecuadas para realizar los filtros. Ademas, el sustrato solo es una parte del problema de dispersion y esta operacion no siempre es suficiente.

Otro metodo consiste en caracterizar previamente los sustratos en espesor y en permitividad dielectrica, y a continuacion en llevar a cabo un diseno adaptado a cada lote diferente. Esto es caro y largo de poner en marcha debido a las mascaras para capas delgadas y a las pantallas de serigraffa para capas espesas que hay que volver a hacer para cada lote. Ademas, el sustrato solo es una parte del problema de dispersion y esta operacion no siempre es suficiente.

Segun otro metodo, en el caso particular de los filtros realizados por grabado, este se controla para ajustar las prestaciones de los filtros. Esta tecnica plantea unos problemas de calidad de realizacion ya que el resultado del grabado presenta una tasa de defecto, en particular por los salientes y las irregularidades de los bordes de pistas, agravado cuando no se respeta la duracion nominal de grabado. Este metodo no permite un reglaje disociado de la frecuencia de corte y de la respuesta en frecuencia, por ejemplo, el reglaje disociado del centro de una banda de frecuencia de paso o rechazada y del ancho de banda de esta banda de frecuencia. Ademas, este metodo no se puede aplicar a los filtros enterrados.

Segun otro metodo, es posible en algunos casos, ajustar la respuesta de un filtro mediante pequenos cortes de las lmeas, por ejemplo con un laser. Esta tecnica no es posible con todos los sustratos, es en particular muy difmil de poner en marcha en unos sustratos de tipo organico. Esta tecnica no se puede realizar en los filtros enterrados.

Otro metodo consiste en introducir unos elementos de reglaje ffsicamente sobre el filtro. Estos elementos de reglaje son por lo general unos pivotes conductores pre-conectados, el reglaje se lleva a cabo, por tanto, bien por acortamiento, es decir mediante el corte del vinculo con el pivote o bien por alargamiento de la estructura mediante la colocacion de una union con el pivote. Este tipo de reglaje no permite unos reglajes precisos ya que las variaciones son importantes y no permiten un gran numero de posibilidades, en particular para unas aplicaciones compactas y/o de alta frecuencia ya que las dimensiones de los elementos de reglaje estan limitadas, a una dimension minima, por las tecnologfas de fabricacion. Estos elementos pueden ser unas cintas metalicas colocadas sobre las lmeas. Esta tecnica presenta una parte aleatoria relacionada con la dificultad de dominar la forma de una cinta que presenta uno o varios extremos libres.

O bien estos elementos estan constituidos por elementos con una constante dielectrica apropiada, anadidos sobre el filtro para ajustar su respuesta. Se trata, por ejemplo, de bloques dielectricos (metalizados o no metalizados) colocados tradicionalmente de dos formas segun el objetivo buscado: bloques colocados en los extremos en circuito abierto de lmeas/resonadores/stubs para actuar sobre la frecuencia central, o bien entre lmeas acopladas para actuar sobre el ancho de banda o banda rechazada o sobre unos ceros CT de transmision obtenidos mediante acoplamientos entre resonadores no adyacentes. Esta categona de elementos de reglaje permite variaciones precisas de la respuesta del filtro. Por el contrario, la colocacion de estos elementos es cara y las amplitudes de reglaje son pequenas.

Tambien existen unas tecnicas de reglaje de filtro por medio de unos elementos mecanicos como los sistemas con tornillos o vastagos regulables, pesados, voluminosos y mal adaptados a los elevados volumenes de produccion.

Otras tecnicas de reglaje de los filtros del estado de la tecnica han recurrido a unos medios electronicos que permiten un reglaje dinamico del filtro, pero presentan algunos inconvenientes y necesitan un dispositivo de control adicional. Estos dispositivos que generan unas corrientes o unas tensiones de control son caros y voluminosos.

Entre estas tecnicas de reglaje de los filtros se puede citar la utilizacion:

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- de diodos de capacidad variable o varactores MEMS (siglas de “Micro Machined Electro Mecanical System” en ingles) que conllevan el inconveniente de una pequena resistencia en potencia;

- de elementos ferromagneticos cuya permeabilidad magnetica |ir esta controlada por un campo magnetico exterior de control. El inconveniente de este tipo de reglaje de filtro es un consumo y un volumen importantes del sistema de control;

- de elementos ferrroelectricos y cristales lfquidos, cuya permitividad Er dielectrica vana en funcion de un campo electrico externo de control. Este procedimiento de fabricacion es caro y diffcil de dominar, necesita una alta tension de control, presenta un bajo coeficiente de calidad y una reducida resistencia en potencia;

- de elementos de conmutacion, de tipo diodo PIN o transistores MESFET (MEtal Semi-conductor Field Effect Transistor) o CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor), reservados a los filtros que trabajan en las bajas frecuencias que presentan un gran volumen y un pequeno coeficiente de calidad.

Estas tecnicas de reglaje de los filtros generan la mayona de las veces unos filtros menos eficientes en particular en resistencia en potencia, en coeficiente de calidad, en perdidas de insercion, en rechazo, que unas estructuras similares fijas sin dispositivo de reglaje electronico.

El documento US 2005/0140472 describe un filtro de radiofrecuencia tal como se define en el preambulo de la reivindicacion 1.

Para resolver los inconvenientes de los filtros de radiofrecuencia del estado de la tecnica, la invencion propone un filtro de radiofrecuencia regulable de tecnologfa planar tal como se define en la reivindicacion 1.

De manera ventajosa, la lmea AI de transmision planar tiene una impedancia caractenstica superior a la impedancia caractenstica del resonador Ri considerado.

En una realizacion del filtro planar segun la invencion, la longitud de la lmea AI de transmision planar es mas grande que la distancia d entre los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de transmision de forma que aumenta la longitud electrica de los resonadores R1, R2, ...Ri, ...Rj, ...Rk, ...Rn.

En otra realizacion, la union electrica entre tramos de lmeas de transmision sucesivos consta al menos de un hilo de cableado en un plano P perpendicular al plano PL principal del sustrato.

En otra realizacion, la union electrica entre dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de transmision de los resonadores R1, R2, .Ri, .Rj, .Rk, .Rn consta de varios hilos de cableado en paralelo, estando cada hilo de cableado en un respectivo plano perpendicular al plano PL principal.

En otra realizacion, los extremos unidos por un hilo de cableado de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de un resonador Rj estan cerca de los extremos de otros dos tramos sucesivos de lmeas de transmision unidos por otro hilo de cableado de otro resonador Rk de forma que las superficies formadas por los hilos de cableado de dichos dos resonadores Rj y Rk con el plano PL principal esten uno frente al otro con el fin de obtener un acoplamiento entre los dos resonadores Rj y Rk.

En otra realizacion, el sustrato consta de varias capas, estando al menos el plano PL principal que consta de los tramos de lmeas de transmision de los resonadores entre al menos dos capas superpuestas.

La invencion se refiere tambien a un procedimiento de reglaje del filtro regulable segun la invencion de tecnologfa planar que consta de un sustrato dielectrico y de n resonadores R1, R2, .Ri, .Rj, .Rk, .Rn integrados en el sustrato, constando cada resonador, en un plano PL principal del sustrato, de una sucesion de tramos t1, t2, .tq, .tp de lmeas transmision planares que tienen cada una dos extremos, siendo p el numero de tramos de lmeas de transmision planares del resonador Ri considerado, siendo p igual o superior a 2, siendo q el rango del tramo, estando un extremo de un tramo tq de un resonador Ri enfrentado y separado una distancia d de un extremo del tramo t(q+1) siguiente del mismo resonador Ri, estando los extremos enfrentados de los tramos sucesivos de un resonador Rq unidos por una lmea AI (30, 34) de transmision planar destinada a elevar localmente la impedancia caractenstica del resonador Ri considerado, caracterizado porque consta al menos de una etapa de cableado, entre los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmea en los bornes de las lmeas AI de transmision planares, de al menos un hilo de cableado, en un plano P perpendicular al plano PL principal del sustrato, determinandose previamente las longitudes de los hilos de cableado y su punto de conexion en los extremos de los tramos de lmeas de transmision para obtener la frecuencia de resonancia deseada de los resonadores.

En una implementacion del procedimiento de reglaje, el filtro regulable es un filtro de paso de banda que consta al menos de un resonador Rj y de un resonador Rk, el resonador Rj tiene los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) consecutivos de lmeas de transmision unidos por un hilo de cableado cerca de los extremos de otros dos tramos consecutivos de lmea de transmision del otro resonador Rk unidos por otro hilo de cableado, de forma que las superficies formadas por dichos hilos de cableado con el plano PL principal de dichos dos resonadores Rj y Rk esten uno frente al otro, consistiendo el procedimiento de reglaje en modificar la distancia y la posicion entre el uno y el otro hilo de cableado de los resonadores Rj y Rk respectivos para obtener, mediante la modificacion del acoplamiento entre el resonador Rj y el resonador Rk, el ancho de banda deseado.

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Los principales filtros considerados por esta invencion estan constituidos por unas lmeas paralelas acopladas con unos resonadores de media onda acoplados en paralelo o bien con unos resonadores de cuarto de onda en peine (pequeno ancho de banda) y/o interdigital (con amplio ancho de banda).

Esta tecnica de realizacion y de reglaje del filtro planar segun la invencion se aplica tambien:

- a los filtros con unos ceros de transmision o CT, en particular cuando estos ceros de transmision se obtienen mediante acoplamientos entre resonadores no adyacentes;

- a los filtros constituidos por unos tramos de lmeas terminados en circuito abierto o en cortocircuito o “stubs” en ingles.

Se pueden considerar todas las respuestas en frecuencia de los filtros de radiofrecuencia segun la invencion, esto es: paso de banda, paso bajo, paso alto, corta banda, u otras respuestas, asf como tambien se refiere a todas las funciones de aproximaciones, como: Butterworth, Chebyshev, Bessel, Elliptique...

La descripcion de ejemplos de realizacion de filtros segun la invencion se hace para unos filtros de paso de banda y de tecnologfa de las lmeas de microcinta, pero la invencion se aplica de forma similar a otros tipos de respuestas de frecuencia y a otros tipos de realizaciones de las lmeas.

Las tecnologfas de realizacion de los resonadores de los filtros pueden ser las de las lmeas de microcintas o de las lmeas planares, realizadas de forma clasica en un sustrato unico, o bien integrarse en un apilamiento de sustratos o bien realizarse en un sustrato suspendido.

Esta tecnica se aplica tambien a unas funciones de adaptacion de impedancia y las funciones de correccion en amplitud y/o en fase, a veces llamadas linearizadores, en los circuitos electronicos de microondas.

Se entendera mejor la invencion por medio de unos ejemplos de realizacion de filtros de microondas de tecnologfa planar descritos en referencia a las figuras indexadas, en las que:

- las figuras 1, 2 y 3 representan respectivamente tres filtros coplanares del estado de la tecnica que constan de tres resonadores acoplados;

- la figura 4a muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 1;

- la figura 4b muestra una vista parcial de frente del resonador R3 del filtro de la figura 4a;

- la figura 4c muestra una vista parcial de frente del resonador R2 del filtro de la figura 4a;

- la figura 5 muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 2;

- la figura 6 muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 3;

- la figura 7 muestra un ejemplo de realizacion de un filtro de paso de banda segun la invencion que consta de unos reglajes sobre los ceros de transmision;

- la figura 8a muestra una variante de realizacion de un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 1;

- la figura 8b muestra una vista parcial en seccion transversal a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 8a;

- la figura 8c muestra una vista desde arriba a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 8a;

- la figura 9a muestra otra variante de realizacion del filtro regulable de la figura 8a;

- la figura 9b muestra una vista parcial en seccion transversal a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 9a; y

- la figura 9c muestra una vista desde arriba a la altura de la parte central del resonador del filtro de la figura 9a.

Se describen a continuacion unos ejemplos de realizaciones de filtros planares y su procedimiento de reglaje segun la invencion.

La figura 4a muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 1.

El filtro de la figura 4a segun la invencion consta de un resonador R2 de media onda acoplado en paralelo a la mitad de su longitud con dos resonadores de cuarto de onda adyacentes, de un resonador R1 unido por la lmea L1 al acceso A1 del filtro y de un resonador R3 unido por la lmea L2 al acceso A2 del filtro. Los tres resonadores R1, R2, R3 se realizan en forma de lmeas de microcinta en un sustrato dielectrico con un espesor h.

Segun una caractenstica principal del filtro planar segun la invencion el resonador R1 y el resonador R3 constan cada uno de dos tramos t1, t2 de lmeas de transmision de microcinta con la misma impedancia Zc caractenstica y anchuras W, estando dos tramos de un mismo resonador unidos por una lmea AI 30 de microcinta respectiva (AI por

Alta Impedancia), con una anchura wi inferior a la anchura W de los tramos t1, t2 de lmea. La impedancia de la lmea

AI 30 tiene un valor mucho mas elevado que la impedancia Z1 de los tramos t1, t2 de lmea.

La figura 4b muestra una vista parcial de frente del resonador R3 del filtro de la figura 4a.

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Los dos tramos t1, t2 de lmea y la lmea AI 30 de microcinta de los resonadores R1 y R3 estan alineados a lo largo de unos ejes EE', SS' respectivos paralelos al eje Ox de un sistema de referencia Oxyz. Los bordes b1, b2 enfrentados de los tramos de lmea estan separados una distancia d.

El resonador R2 de media onda, entre el resonador R1 y el resonador R3, consta de cuatro tramos t1, t2, t3 y t4 de lmea alineados a lo largo de un eje CC' paralelo a los ejes EE', SS'. Los tramos t1, t2 sucesivos de un lado del resonador R2 y los tramos sucesivos t3 y t4 en el otro lado del mismo resonador R2 estan unidos por una lmea AI 30 de microcinta de anchura wi. Los tramos t2, t3 sucesivos, en la parte central del resonador R2 estan, por su parte, unidos por otra lmea AI 34 con una anchura wi muy inferior a la anchura de la lmea del resonador R2. La otra lmea AI 34 entre los tramos t2 y t3 del resonador R2 tiene una longitud mas importante que la distancia d que separa los bordes enfrentados de los tramos t2 y t3 de dicho resonador R2. Para ello, la otra lmea AI 34 tiene la forma de una S que consta de una parte 40 central perpendicular al eje CC' del resonador R2.

La figura 4c muestra una vista parcial de frente del resonador R2 del filtro de la figura 4a.

Las lmeas AI 30 y la otra lmea AI 34 crean ffsicamente a la altura de su emplazamiento entre las porciones de lmeas de transmision un estrechamiento de los resonadores y, por consiguiente, una rotura de impedancia en el resonador.

La frecuencia f0 central del filtro de paso de banda de la figura 1 esta principalmente relacionada con la longitud electrica del resonador R2.

El procedimiento de reglaje del filtro de la figura 1 consta al menos de una etapa de cableado, entre los extremos enfrentados de los tramos de lmeas de los tres resonadores R1, R2, R3 de un elemento ER de reglaje, que es, en esta realizacion, un hilo de cableado 50, 52 en unos planos perpendiculares al plano PL principal del sustrato.

De manera mas precisa, unos primeros hilos de cableado 50 aseguran la conexion electrica entre tramos de lmeas sin acoplamiento entre resonadores. Unos segundos hilos de cableado 52 aseguran por su disposicion en los resonadores, ademas de la conexion electrica entre tramos de lmeas, un cierto acoplamiento entre resonadores.

Las longitudes de los hilos de cableado 50, 52 y su punto de conexion sobre los extremos de tramos de lmeas se ajustan para obtener la frecuencia f0 central deseada.

La figura 4d muestra una vista de detalle en seccion transversal del resonador R2 que muestra el primer hilo de cableado 50 soldado entre los extremos de los dos tramos t2, t3 en la parte central del resonador R2.

En el filtro de la figura 4a, los tramos t1, t2 de lmeas se realizan de forma que las lmeas AI 30 de los resonadores R1 y R2 se encuentren enfrentados. De la misma forma los tramos t3, t4 del resonador R2 y los tramos t1, t2 del resonador R3 se realizan de forma que las lmeas AI 30 se encuentren tambien enfrentadas. Unos segundos hilos de cableado 52 soldados en paralelo con las lmeas AI 30 permitiran la modificacion del acoplamiento entre resonadores ajustando su posicion relativa o su proximidad. La modificacion de este acoplamiento permitira el ajuste, en el caso del filtro de la figura 1, de su ancho de banda de forma relativamente independiente del ajuste de su frecuencia f0 central mediante el ajuste de las longitudes del primer hilo de cableado 50 y del segundo hilo de cableado 52.

De una forma general, durante el reglaje de los filtros segun la invencion, varios elementos ER de reglaje en forma de hilos de cableado y/o de cintas conductoras microcableadas podran colocarse en paralelo con las lmeas AI 30, 34 de alta impedancia. Estos elementos de longitud fija o variable de los cuales se hara variar la longitud y eventualmente, si fuera posible, la posicion para ajustar un acoplamiento.

En comparacion con los hilos de cableado, las cintas permiten obtener mejores coeficientes de calidad y soportar unas potencias mas elevadas. Por el contrario, la colocacion automatica de cintas esta menos extendida que la colocacion automatica de hilos de cableado.

En concreto, de una forma general, sea cual sea el tipo de filtro clasico como, por ejemplo, los representados en las figuras 1,2 y 3, se trata de realizar al menos un estrechamiento de los resonadores R1, R2, ..., Ri, ...Rj, ...Rk, ...Rn en una corta longitud para elevar localmente la impedancia caractenstica mediante las lmeas AI 30, 34 (Alta Impedancia) colocadas entre los tramos t1, t2, ...tq, ...tp de los resonadores y alargar de este modo su longitud electrica.

La longitud de las lmeas AI 30, 34 de alta impedancia depende de la amplitud de correccion buscada en los parametros del filtro. Para obtener una amplitud de reglaje suficiente por alargamiento o acortamiento del elemento ER 50, 52 de reglaje (hilos de cableado) es preciso preparar o replegar esta lmea AI para obtener unos puntos de union del elemento ER de reglaje con los tramos de lmeas mas proximos posibles.

Por ejemplo, el estrechamiento de los resonadores R1, R2, R3 del filtro de paso de banda de la figura 4a mediante la incorporacion de las lmeas AI 30, 34 de alta impedancia entre los tramos t1, t2, t3,t4 de lmeas de transmision y delos elementos ER 50, 52 de reglaje modifica la respuesta del filtro de origen tal como se representa en la figura 1 y, por lo tanto, es necesario optimizar toda la estructura del filtro para asegurar una respuesta en frecuencia optima en la posicion de reglaje nominal.

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La figura 5 muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 2.

La figura 6 muestra un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 3.

Los filtros de las figuras 5 y 6 constan segun la invencion de unos tramos de lmeas de microcinta, de dos tramos t1, t2 por resonador R1, R2, R3 unidos por una lmea AI 30 y otra lmea AI 34, de unos primeros hilos de cableado 50 en paralelo con las otras lmeas AI 34 y de unos segundos hilos de cableado 52 en paralelo con las lmeas AI 30. Los segundos hilos de cableado 52 aseguran un cierto acoplamiento entre resonadores.

Los filtros planares segun la invencion pueden realizarse de forma que se obtenga unos elementos ER 50 de reglaje no acoplados entre sf, es decir muy alejados y/u orientados con poca superficie enfrente, o/y unos elementos ER 52 de reglaje acoplados.

Los elementos ER 50 de reglaje no acoplados se utilizan para actuar de forma predominante sobre la frecuencia f0 central del filtro. Es, por ejemplo, el caso de los primeros hilos de cableado 50 de conexion de las figuras 4a, 5, 6, 8a y 9a. El objetivo es aqu encontrar una implementacion del reglaje que influencia poco al ancho de banda.

Los elementos ER 52 de reglaje acoplados entre sf, es decir cercanos y orientados con sus superficies enfrentadas, se utilizan para actuar sobre el ancho de banda como es el caso de los segundos hilos de cableado 52 de las figuras 4a, 5, 6, 7, 8a y 9a.

Es posible regular al mismo tiempo la frecuencia f0 central y su ancho Ab de banda con unicamente unos elementos ER 52 de reglaje acoplados, modificando su longitud y su posicion relativa en los extremos de los tramos de lmeas. Esto conduce a una estructura mas simple pero los reglajes estan mas limitados y son mas complicados de implementar.

En general, es preciso optimizar la estructura del filtro regulable segun la invencion para obtener los reglajes de la frecuencia f0 central y del ancho Ab de banda menos correlacionados posible y una amplitud de reglaje apropiada. Esta optimizacion depende de las prestaciones esperadas en la practica en funcion de las variaciones posibles de los parametros de los elementos que constituyen el filtro y de las necesidades de la aplicacion (especificaciones).

El reglaje de los ceros CT de transmision del filtro planar es similar en su implementacion a los reglajes de la frecuencia f0 central y al ancho Ab de banda, por la caractenstica y la posicion de los elementos ER de reglaje y de las lmeas AI en los resonadores. En este caso, los elementos ER 54 de reglaje acoplados estan situados sobre las zonas de los resonadores que modifican sustancialmente los ceros CT de transmision.

La figura 7 muestra un ejemplo de realizacion de un filtro de baso de banda segun la invencion que consta de unos reglajes sobre los ceros Ct de transmision.

El filtro de la figura 7 consta de 2 resonadores R1 y R3 de tipo cuarto de onda y de 3 resonadores R4, R2, R5 de de media onda. A estos resonadores se les considera adyacentes y directamente acoplados entre sf en el orden R1/R4/R2/R5/R3. Los resonadores R4 y R5 se consideran no adyacentes y voluntariamente acoplados en su centro para generar unos ceros CT de transmision. A este acoplamiento particular se le llama acoplamiento transversal. En su forma mas habitual, el filtro presenta un eje TT' de simetna.

El resonador R1 y el resonador R3 constan cada uno de dos tramos t1, t2 de lmeas, el resonador R2 de tres tramos t1, t2, t3 de lmeas de transmision, los resonadores no adyacentes R4, R5 de cuatro tramos de lmeas cada uno t1, t2, t3. t4.

Unas lmeas AI 30 que unen los tramos de los resonadores R1, R4, R2 estan alineados de preferencia en un mismo eje PP' paralelo al eje TT' de simetna del filtro, unos segundos hilos de cableado 52 estan soldados en paralelo a estas lmeas AI 30 para obtener un acoplamiento estos resonadores. La configuracion de cableado es simetrica al otro lado del eje TT' en un eje de alineamiento QQ' de las lmeas AI de los resonadores R3, R5, R2.

La configuracion del filtro de la figura 7 es tal que los centros de los resonadores R4 y R5 constan de unas lmeas AI 30 y de unos terceros hilos de cableado 54 que forman unas superficies paralelas al plano PL principal a lo largo de un plano paralelo al plano Oxy del sistema de referencias Oxyz. Son estos acoplamientos a la altura de los centros R4 y R5 de los resonadores los que implican los ceros CT de transmision del filtro de la figura 7 y la posibilidad de reglaje de dichos ceros de transmision.

En el caso de realizacion de unos filtros planares segun la invencion, es posible utilizar un hilo de cableado o una cinta conductora en lugar de una lmea 30 u otra lmea 34 AI de microcinta en los resonadores para realizar una impedancia mas alta. En algunos casos, esto conduce a unas perdidas mas pequenas. Por el contrario, eso no permite previsualizar de forma simple la respuesta del filtro mediante una medicion antes de la colocacion de los hilos de cableado 50, 52, 54. Esta ultima implementacion puede necesitar dos fases de cableado, lo que no es optimo desde un punto de vista industrial.

En algunas realizaciones de filtros segun la invencion denominada integrada, el sustrato es un sustrato de multiples capas que consta de los tramos t1, t2, ...tq, ...tp de lmeas de transmision integradas entre al menos dos capas y,

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por lo tanto, no accesibles desde la superficie por el exterior del filtro. En este caso, el sustrato consta de unos agujeros metalizados a la altura de los extremos de los tramos de lmeas de transmision que unen unas zonas metalizadas en la superficie del sustrato. La union electrica mediante unos hilos de cableado 50, 52, 54 y/o mediante unas lmeas AI 30, 34 se puede por tanto realizar en estas zonas metalizadas.

La figura 8a muestra una variacion de realizacion de un filtro regulable segun la invencion con la misma estructura que el filtro de la figura 1.

La figura 8b muestra una vista parcial en seccion transversal a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 8a.

La figura 8c muestra una vista desde arriba a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 8a.

El filtro de la figura 8a consta de un sustrato 90 de multiples capas que tiene dos capas C1, C2 superpuestas y, incrustadas entre estas dos capas C1, C2, unos tramos t1, t2, t3, t4 de lmeas y de otras lmeas AI 34 que unen estos tramos para formar los resonadores R1, R2 y R3.

El sustrato de multiples capas consta de una cara 13 superior y de una cara 14 opuesta inferior metalizada. La cara 13 superior consta de unas zonas 82 metalizadas unidas por unos agujeros 80 metalizados en la capa C1 en los extremos de tramos de lmeas de transmision incrustados en el sustrato 90. Los elementos ER de reglaje, esto es unos hilos de cableado 50, 52 estan fijados sobre estas zonas 82 metalizadas en la cara 13 superior del sustrato 90.

Las otras lmeas AI 34 estan en la misma cara del sustrato (plano PL principal) que los tramos de lmeas incrustados.

La cara 13 superior tambien puede presentar un plano de masa vaciado alrededor de las zonas 82 metalizadas.

La figura 9a muestra otra variante de realizacion del filtro regulable de la figura 8a en un sustrato de multiples capas.

La figura 9b muestra una vista parcial en seccion transversal a la altura de la parte central del resonador R2 del filtro de la figura 9a.

La figura 9c muestra una vista desde arriba a la altura de la parte central del resonador del filtro de la figura 9a.

En el caso del filtro de la figura 9a las otras lmeas AI 34 se realizan con las zonas 82 metalizadas en la cara 13 superior del sustrato 90 de multiples capas, las zonas metalizadas y las otras lmeas AI 34 esta unidas en los extremos de los tramos de lmeas de transmision incrustados por los agujeros 80 metalizados en la capa C1.

En el caso de un filtro integrado en un sustrato de multiples capas, es posible ajustar unos elementos ER de reglaje en la parte superior del apilamiento de las capas del sustrato de forma que se ajuste la respuesta del filtro lo mas proxima posible al resultado esperado. Este ajuste se hace esta vez mediante la modificacion con laser o bien mediante grabado, despues de haber caracterizado la parte no accesible del filtro.

La principal parte del filtro esta recubierta y ya realizada, las incertidumbres sobre la realizacion de la parte superior complementaria tienen un efecto muy reducido en el resultado final.

Esta parte superior puede en particular aprovecharse para realizar y ajustar unos acoplamientos transversales entre resonadores no adyacentes y de este modo introducir y controlar unos ceros CT de transmision adicionales.

La tecnica propuesta en esta invencion permite llevar a cabo unos ajustes exactos, en unas estructuras de filtros constituidos por unas lmeas de transmision planares.

Los planos de masa no estan representados en las figuras 1 a 9a que ilustran los ejemplos de filtros. Segun el caso puede haber un unico plano de masa situado justo debajo del primer sustrato (caso de las lmeas de microcinta), o bien alejado por debajo de este (caso de microcinta suspendida). Puede tambien haber un segundo plano de masa por encima de la estructura, por ejemplo sobre la cara superior del sustrato 6 superior, abierto alrededor de los elementos que deben mantenerse accesibles.

El filtro planar y su procedimiento de reglaje segun la invencion consta de las siguientes ventajas:

- una gestion de los problemas de rendimiento de fabricacion relacionados con las tolerancias de fabricacion y con las tolerancias de las caractensticas electricas de los materiales;

- la realizacion de unos subconjuntos tubridos complejos con unos filtros integrados, sin que las prestaciones de estos filtros penalicen el rendimiento de fabricacion del conjunto;

- la realizacion de los filtros con unos materiales o unos procedimientos muy eficientes, como unos sustratos de alta permitividad o unos apilamientos complejos de sustratos que se ven afectados por tolerancias importantes sobre sus dimensiones y sobre las propiedades de los materiales.

Esta tecnica se basa en unos medios convencionales de fabricacion de microelectronica: colocacion de hilos de cableado y/o de cintas conductoras con una longitud desenrollada y con unas posiciones controladas. La respuesta

del filtro se ajusta haciendo que vanen las dimensiones y los puntos de fijacion de los hilos de cableado y/o de las cintas conductoras.

Esta tecnica de reglaje se adaptada bien para unos elevados volumenes de produccion ya que esta completamente automatizada. Esta permite:

5 - ajustar la respuesta del filtro lo mas proxima posible a las necesidades con unas dispersiones residuales muy

pequenas relacionadas con los materiales y con la realizacion;

- ajustar el filtrado in situ, es decir en funcion de las caractensticas de su entorno, e incluso en funcion de varias aplicaciones (varias funciones de filtrado realizadas a partir de una misma estructura).

Por otra parte, el hecho de finalizar la respuesta del filtro tras la integracion del conjunto permite liberar a la 10 externalizacion (en la primera parte de la realizacion) de eventuales limitaciones de confidencialidad en el caso de realizacion de equipos clasificados.

Las rupturas de impedancia practicadas en los resonadores aportan unos grados de libertad adicionales lo que permite actuar sobre la respuesta en frecuencia con mas posibilidades. Esto puede conducir a un numero inferior de resonadores con respecto a una estructura clasica no regulable.

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Claims (14)

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   REIVINDICACIONES

   1. Filtro de radiofrecuencia regulable de tecnolog^a planar que consta de un sustrato (8, 90) dielectrico y de n resonadores R1, R2, ...Ri, .Rj, ...Rk, .Rn integrados en el sustrato, constando cada resonador, en un plano PL principal del sustrato, de una sucesion de tramos t1, t2, ...tq, .tp de lmeas de transmision planares que tienen cada una dos extremos, siendo p el numero de tramos de lmeas de transmision planares del resonador Ri considerado, siendo p igual o superior a 2, siendo q el rango del tramo, estando un extremo de un tramo tq de un resonador Ri enfrentado y separado una distancia d de un extremo del tramo t(q+1) siguiente del mismo resonador Ri, estando los extremos enfrentados de los tramos sucesivos de un resonador Ri unidos por una union (30, 34, 50, 52, 54) electrica que eleva localmente la impedancia (Zc) caractenstica del resonador Ri considerado, caracterizado porque dicha union electrica consta de una lmea AI (30, 34) de alta impedancia conectada en paralelo con al menos un elemento (50, 52, 54) de reglaje.
2. 2. Filtro de radiofrecuencia segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque al menos un elemento regulable tiene una longitud ajustable.
3. 3. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un elemento regulable tiene una posicion ajustable.
4. 4. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la lmea AI (30, 34) es una lmea de transmision planar con una impedancia caractenstica superior a la impedancia (Zc) caractenstica del resonador Ri considerado.
5. 5. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la longitud de la lmea AI (34) de transmision planar es mas grande que la distancia d entre los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de transmision, de forma que aumenta la longitud electrica de los resonadores R1, R2, ...Ri, ...Rj, ...Rk, ...Rn.
6. 6. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la union electrica de los tramos sucesivos de lmeas de transmision consta al menos de un hilo de cableado (50, 52, 54) en un plano P perpendicular al plano PL principal del sustrato.
7. 7. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la union electrica de los tramos sucesivos de lmeas de transmision consta al menos de una cinta conductora microcableada en un plano P perpendicular al plano PL principal del sustrato.
8. 8. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la union electrica entre dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de transmision de los resonadores R1, R2, .Ri, .Rj, .Rk, .Rn consta de varios elementos (50, 52, 54) de reglaje en paralelo, estando cada elemento de reglaje en un respectivo plano perpendicular al plano PL principal.
9. 9. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque los extremos unidos por un elemento (52, 54) de reglaje de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de un resonador Rj estan cerca de los extremos de otros dos tramos de lmeas de transmision sucesivos unidos por otro elemento de reglaje de otro resonador Rk, de forma que las superficies formadas por los elementos de reglaje de dichos dos resonadores Rj y Rk con el plano PL principal esten uno frente al otro con el fin de obtener un acoplamiento entre los dos resonadores Rj y Rk.
10. 10. Filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato (90) consta de varias capas (C1, C2), estando al menos el plano PL principal que consta de los tramos de lmeas de transmision de los resonadores entre al menos dos capas (C1, C2) superpuestas.
11. 11. Procedimiento de reglaje del filtro regulable segun una de las reivindicaciones anteriores, del tipo que consta de un sustrato (8, 90) dielectrico y de n resonadores R1, R2, .Ri, .Rj, .Rk,.Rn integrados en el sustrato, constando cada resonador, en un plano PL principal del sustrato, de una sucesion de tramos t1, t2, .tq, .tp de lmeas de transmision planares que tienen cada una dos extremos, siendo p el numero de tramos de lmeas de transmision planares del resonador Ri considerado, siendo p igual o superior a 2, siendo q el rango del tramo, estando un extremo de un tramo tq de un resonador Ri enfrentado y separado una distancia d de un extremo del tramo t(q+1) siguiente del mismo resonador Ri, estando los extremos enfrentados de los tramos sucesivos de un resonador Rq unidos por una lmea AI (30, 34) de transmision planar destinada a elevar localmente la impedancia (Zc) caractenstica del resonador Ri considerado, caracterizado porque consta al menos de una etapa de cableado, entre los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas en los bornes de las lmeas AI (30, 34) de transmision planares de al menos un elemento de reglaje, en un plano P perpendicular al plano PL principal del sustrato, determinandose previamente las longitudes de los elementos de reglaje y sus puntos de conexion en los extremos de los tramos de lmeas de transmision para obtener la frecuencia de resonancia deseada de los resonadores.
12. 12. Procedimiento de reglaje de un filtro de radiofrecuencia segun la reivindicacion anterior, siendo el filtro regulable un filtro de paso de banda que consta al menos de un resonador Rj y de un resonador Rk, teniendo el resonador Rj los extremos enfrentados de dos tramos tq, t(q+1) consecutivos de lmeas de transmision unidos por un elemento de reglaje cerca de los extremos de otros dos tramos consecutivos de lmea de transmision del otro resonador Rk 5 unidos por otro elemento de reglaje, de forma que las superficies formadas por dichos elementos de reglaje con el plano PL principal de dichos dos resonadores Rj y Rk esten uno frente al otro, consistiendo el procedimiento de reglaje en modificar la distancia y la posicion entre un elemento de reglaje y otro elemento de reglaje de los resonadores Rj y Rk respectivos para obtener, mediante la modificacion del acoplamiento entre el resonador Rj y el resonador Rk, el ancho de banda deseado.

    10 13. Procedimiento de reglaje de un filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones 11 o 12 segun el cual

    al menos un elemento de reglaje es un hilo de cableado.
13. 14. Procedimiento de reglaje de un filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones 11 a 13 segun el cual al menos un elemento de reglaje es una cinta de conductor microcableado.
14. 15. Procedimiento de reglaje de un filtro de radiofrecuencia segun una de las reivindicaciones 11 a 14 segun el cual 15 la longitud de la lmea AI (34) de transmision planar es mas grande que la distancia d entre los extremos enfrentados

    de dos tramos tq, t(q+1) sucesivos de lmeas de transmision, de forma que se aumenta la longitud electrica de los resonadores R1, R2, ...Ri, ...Rj, ...Rk, ...Rn.