ITRM20080307A1 - Guida d'onda filtrante. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale avente per titolo:

“Guida d’onda filtrante”.

La presente invenzione riguarda una guida d’onda filtrante.

Più dettagliatamente l’invenzione concerne un filtro realizzato in guida d’onda per applicazioni a microonde e radiofrequenze.

Com’è ben noto, attualmente i filtri realizzati in guida d’onda sono comunemente utilizzati per quelle applicazioni per sistemi di trasmissione/ricezione ad alta frequenza, in cui basse perdite ed elevata capacità nel trasporto di potenza sono requisiti fondamentali.

A questi vantaggi in termini di prestazioni si contrappongono tuttavia svantaggi di diverso tipo, quali i costi di fabbricazione, nonché l’ingombro ed il peso di tali strutture, che sono significativamente maggiori rispetto ad altre tecnologie, quali ad esempio quelle comunemente note come “planari”.

Nel corso degli anni la ricerca scientifica nel settore è stata focalizzata nel cercare di minimizzare le dimensioni e soprattutto i costi di produzione di questi componenti, proponendo soluzioni sempre più compatte. Inoltre, la crescente espansione dei sistemi di telecomunicazione terrestri e satellitari ha spinto verso l’ideazione di filtri sempre più selettivi, in grado cioè di massimizzare l’efficienza nell’utilizzo dell’ormai affollato spettro delle radiofrequenze.

Sebbene sia una delle prime strutture ad essere utilizzate, il filtro in guida d’onda, in cui tronchi di guida, o cavità risonanti, sono intervallati in maniera sequenziale da discontinuità di accoppiamento, quali iridi o cilindretti (post), risulta tuttora una delle soluzioni più comuni (direct-coupled cavity filter).

La selettività di questo tipo di strutture è stabilita dall’ordine del filtro (i.e. dei poli della funzione di trasferimento), che coincide con il numero di cavità utilizzate. Una maggiore selettività, tuttavia, implica un aumento delle dimensioni e della perdita di inserzione del filtro, a causa del maggior numero di tronchi di guida (cavità) necessario.

Per questo motivo, molte applicazioni necessitano di filtri cosiddetti “ellittici” o “pseudoellittici”, in grado cioè di presentare zeri di trasmissione nella banda oscura, realizzando così risposte filtranti molto selettive con un numero relativamente limitato di cavità.

La struttura del filtro a cavità direttamente accoppiate è stata così modificata nel corso degli anni per permettere la realizzazione di questo tipo di risposte. Strutture ripiegate con accoppiamenti incrociati tra cavità non sequenziali (cross-coupled cavity filter) così come cavità in parallelo aggiunte alla struttura in linea del filtro (extracted-pole filter), sono soluzioni molto utilizzate per la realizzazione di filtri con zeri di trasmissione in banda oscura. In entrambi i casi l’ingombro di queste strutture nonché la complessità di fabbricazione rimane però piuttosto oneroso.

Le esigenze in termini di selettività e compattezza possono trovare una soluzione conveniente nei filtri comunemente riferiti in letteratura come dualmode filter. Queste strutture sono realizzate mediante cavità sovra-dimensionate che sono in grado di sostenere due modi degeneri che risuonano all’interno di una singola cavità, dando così luogo a componenti molto compatti che consentono di generare zeri di trasmissione accoppiando opportunamente i diversi modi tra le cavità. Questo tipo di soluzione ha trovato largo impiego nelle applicazioni satellitari, dove il peso dei componenti è cruciale per i costi dell’intero sistema. I filtri dual-mode tuttavia necessitano in genere di una lavorazione meccanica separata delle diverse parti da assemblare con conseguenti aumenti dei costi produttivi.

Una variante importante della guida d’onda rettangolare, che permette di ridurne la lunghezza e quindi compattare i componenti, e che non comporta aumenti dei costi di produzione, è la guida ridge (ridged waveguide). Essa deriva dalla guida rettangolare, ma presenta una protuberanza longitudinale, a sezione trasversale rettangolare, posta al centro di una parete maggiore della guida rettangolare.

In letteratura sono ben note diverse tipologie di filtri realizzati in guida ridge. Detti filtri sono tipicamente formati, al pari dei filtri in guida d’onda a iridi descritti sopra (direct coupled cavity filter) da tronchi di guida ridge intervallati da discontinuità ovvero da tratti di guida d’onda evanescenti. Questo tipo di filtri, tuttavia, essendo costituiti da una cascata di sezioni risonanti, non presentano zeri di trasmissione in banda oscura e non consentono quindi la realizzazione di risposte di tipo ellittico o pseudo-ellittico.

Alla luce di quanto sopra, è scopo della presente invenzione, pertanto, quello di proporre una guida d’onda filtrante in grado di realizzare una funzione di trasferimento di tipo ellittico o pseudoellittico, che allo stesso tempo abbia dimensioni contenute.

È ulteriore scopo della presente invenzione quello di proporre una guida d’onda filtrante compatta che possa essere prodotta con ridotti costi di produzione e che permetta di realizzare zeri di trasmissione nonché nuovi tipi di risonatori dual-mode.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione una guida d’onda filtrante, delimitata da pareti, che si estende secondo tre direzioni, longitudinale trasversale e verticale, e comprendente uno o più rilievi risonanti collocati su dette pareti, caratterizzata dal fatto che almeno uno di detti rilievi risonanti è sagomato in modo da avere almeno una proprietà geometrica selezionata dal gruppo comprendente: presentare almeno una sezione trasversale disposta asimmetricamente rispetto ad almeno uno degli assi mediani ortogonali di una sezione delle pareti di detta guida d’onda filtrante giacente sullo stesso piano di detta almeno una sezione trasversale; avere una sezione trasversale variabile lungo la direzione longitudinale di detta guida d’onda filtrante; così che detti rilievi formino tra loro o con dette pareti interspazi atti a funzionare da cavità risonanti per eccitare il campo elettromagnetico a frequenze predefinibili.

In particolare detti rilievi presentano almeno una sezione trasversale asimmetrica rispetto all’asse appartenente al piano comunemente noto come “piano E” della guida, cioè il piano longitudinale della guida contenente i valori massimi del campo elettrico E.

Ulteriormente secondo l’invenzione almeno uno di detti rilievi risonanti può essere sagomato in modo da avere almeno una proprietà geometrica selezionata dal gruppo comprendente: avere una sezione trasversale il cui perimetro definisce uno spigolo con un angolo diverso da un angolo retto (90°); avere una sezione trasversale il cui perimetro è privo di spigoli.

Sempre secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può avere una funzione di trasferimento di tipo ellittico o pseudoellittico.

Ancora secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono essere realizzati come strutture metalliche o essere rivestiti di materiale conduttivo.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, detti interspazi possono essere riempiti di materiale dielettrico.

Ulteriormente secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono avere una sezione longitudinale curva e/o rettangolare e/o poligonale e/o circolare e/o rettangolare con almeno una smussatura, quest’ultimo atto a supportare due configurazioni di campo risonanti diventando un risonatore di tipo “dual-mode”.

Sempre secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono essere collocati su una o più pareti adiacenti.

Ancora secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono presentare una o più terminazioni di collegamento a dette pareti, come un cilindretto e/o una colonna rettangolare e/o un filo conduttivo.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può comprendere una pluralità di rilievi risonanti in accoppiamento elettromagnetico, così da realizzare un filtro di ordine pari o superiore al numero di detti rilievi risonanti tra loro accoppiati, l’accoppiamento elettromagnetico tra detti rilievi risonanti può essere funzione della reciproca distanza.

Preferibilmente secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può comprendere una o più iridi induttive, atte a regolare l’accoppiamento elettromagnetico tra detti rilievi risonanti.

Sempre secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono presentare discontinuità di adattamento per l’accoppiamento elettromagnetico al modo fondamentale della guida d’onda filtrante.

Ancora secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può comprendere ulteriori discontinuità di adattamento per l’accoppiamento elettromagnetico reciproco o al modo fondamentale della guida d’onda filtrante, dette ulteriori discontinuità di adattamento essendo post induttivi e/o capacitivi e/o iridi induttive e/o capacitive di tipo simmetrico e/o asimmetrico.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può comprendere un setto collocato all’interno, interposto tra due rilievi risonanti, detto setto può essere collocato in posizione decentrata rispetto a detti rilievi risonanti tra i quali è interposto, in modo da variarne l’accoppiamento.

Ulteriormente secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può presentare cavità, e.g. di tipo TE, quali TE101 e/o TE 102, e/o TM.

Sempre secondo l’invenzione, detti rilievi risonanti possono essere realizzati per fresatura meccanica a partire da un unico blocco di metallo, preferibilmente alluminio, oppure tramite tecniche di stampaggio e/o pressofusione.

Ancora secondo l’invenzione, detta guida d’onda filtrante può presentare una sezione trasversale poligonale, preferibilmente rettangolare e/o una sezione trasversale ellittica.

La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 mostra una vista prospettica di una prima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante;

la figura 2 mostra una vista in pianta della guida d’onda filtrante di figura 1;

la figura 3 mostra una vista in sezione longitudinale della guida d’onda filtrante di figura 1; la figura 4 mostra una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 5 mostra una vista in pianta di una terza forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 6 mostra una vista prospettica di una quarta forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 7 mostra una simulazione elettromagnetica della funzione di trasferimento della guida d’onda filtrante della figura 6;

la figura 8 mostra una vista prospettica di una quinta forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 9 mostra una vista prospettica di una sesta forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 10 mostra una vista prospettica di una settima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 11 mostra una vista prospettica di un’ottava forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 12 mostra una vista prospettica di una nona forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 13 mostra una vista prospettica di una settima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 14a mostra una guida d’onda filtrante ad iride secondo la tecnica nota;

la figura 14b mostra un’undicesima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 15 mostra una simulazione elettromagnetica della funzione di trasferimento della guida d’onda filtrante della figura 14b;

la figura 16 mostra una dodicesima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione;

la figura 17 mostra una simulazione elettromagnetica della funzione di trasferimento della guida d’onda filtrante della figura 16;

la figura 18 mostra una tredicesima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante secondo l’invenzione; e

la figura 19 mostra una simulazione elettromagnetica della funzione di trasferimento della guida d’onda filtrante della figura 18.

Facendo riferimento alle figure 1 – 3 è possibile osservare una prima forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante 1 secondo l’invenzione.

In particolare la guida d’onda 1 di sezione rettangolare mostrata, si estende secondo tre direzioni longitudinale, trasversale e verticale rispetto ad una terna d’assi cartesiani rispettivamente z, x e y. All’interno, detta guida d’onda filtrante 1, definita dalle pareti 2, in cui con 2’ e 2’’ sono indicati i lati rispettivamente maggiore e minore, comprende una pluralità di rilievi risonanti 3, indicati specificamente con 31, 32, 33, 34, di diversa geometria. Detti rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 sono realizzati come strutture metalliche oppure rivestiti di materiale conduttivo. Detti rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 sono, inoltre, posizionati su uno o su entrambi i lati maggiori della guida d’onda filtrante 1 a sezione rettangolare.

Detti rilievi risonanti 3 secondo l’invenzione sono sagomati in modo da avere almeno una proprietà geometrica selezionata dal gruppo comprendente: - presentare almeno una sezione trasversale (piano x-y) disposta asimmetricamente rispetto a due assi mediani ortogonali di una sezione delle pareti (2) di detta guida d’onda filtrante 1 giacente sullo stesso piano di detta almeno una sezione trasversale;

- avere una sezione trasversale (piano x-y) variabile lungo la direzione longitudinale (direzione z) di detta guida d’onda filtrante (1);

- avere una sezione trasversale il cui perimetro definisce uno spigolo con un angolo diverso da un angolo retto (90°);

- avere una sezione trasversale il cui perimetro è privo di spigoli.

In altre parole, detti rilievi risonanti 3 secondo l’invenzione sono sagomati in qualsiasi modo, escludendo il caso di rilievi aventi una sezione trasversale rettangolare o quadrata, costante lungo la direzione longitudinale di detta guida d’onda filtrante 1 e disposta simmetricamente rispetto ad un lato della sezione della guida stessa (i.e. simmetricamente rispetto ad uno degli assi mediani ortogonali di una sezione delle pareti 2 di detta guida d’onda filtrante 1 giacente sullo stesso piano di detta almeno una sezione trasversale). In particolare detti rilievi 3 presentano almeno una sezione trasversale asimmetrica rispetto all’asse appartenente al piano comunemente noto come “piano E” della guida, cioè il piano longitudinale della guida contenente i valori massimi del campo elettrico E.

Le sommità dei rilievi risonanti 3 formano, tra loro e/o con le pareti 2 della guida d’onda filtrante 1, degli interspazi 41, 42 e 43. Detti rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 possono anche toccare una o entrambe le pareti verticali, i.e. due pareti adiacenti 2’ e 2’’ della guida d’onda filtrante 1, come nel caso del rilievo risonante 33.

I rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 funzionano come risonatori a determinate frequenze grazie ad una particolare configurazione di campo elettromagnetico che si eccita negli interspazi da essi formati 41, 42 e 43, che sono, quindi, presenti al di sopra, al di sotto dei rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 o tra essi.

Gli interspazi 4 possono anche essere riempiti di materiale dielettrico. Inoltre, i rilievi risonanti 3 oggetto della presente invenzione, possono essere di diversi tipi, come quelli descritti di seguito a titolo esemplificativo:

- un rilievo risonante 3 avente sezione trasversale rettangolare (e ha quindi forma di parallelepipedo) a sviluppo rettilineo non longitudinale rispetto alla guida, oppure curvo, spezzato o misto;

- un rilievo risonante 3 che non tocca la parete opposta della guida d’onda filtrante 1, ma lascia rispetto ad essa un’interspazio (gap).

Detti rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 possono essere prodotti a partire dalla superficie larga superiore o inferiore della guida d’onda filtrante 1, come i rilievi risonanti 31 e 33 delle figure in esame, o contemporaneamente da entrambe le superfici, come il rilievo risonante 32. In quest’ultimo caso la coppia di risonatori reciproci realizza la cavità risonante nell’interspazio e 42 da essi formata.

Come si osserva, la presente invenzione consiste in una nuova classe di strutture filtranti basate sull’utilizzo di rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 realizzati all’interno di detta guida d’onda filtrante 1 che può essere rettangolare o ellittica, i quali, opportunamente posizionati, possono essere utilizzati per generare particolari risposte elettriche, i.e. per migliorare le caratteristiche elettriche o meccaniche di filtri ad architettura nota.

La classe di filtri ottenibile consente, infatti, di realizzare strutture più compatte rispetto a quelle realizzate in guide d’onda tradizionale o guide ridge classiche, e permette allo stesso tempo di realizzare zeri di trasmissione nella funzione filtrante.

Le strutture proposte presentano rilievi risonanti realizzati all’interno della guida d’onda 1 che, al contrario delle strutture classiche in guida ridge, non sono paralleli alla direzione longitudinale della guida d’onda 1 stessa. In altre parole, non vengono utilizzati per realizzare tronchi risonanti di guida ridge a sezione trasversale costante e simmetrica, ma vengono altresì realizzati in posizione assolutamente arbitraria all’interno della guida, ad esempio in posizione obliqua e/o perpendicolare alla direzione di propagazione del campo elettrico nella guida.

Il comportamento elettrico dei rilievi risonanti 31, 32, 33, 34 dipende in generale dalla loro forma, dalla forma dell’interspazio 4 e dalla posizione occupata all’interno della guida d’onda filtrante 1.

Considerando, ad esempio, il caso dei rilievi risonanti aventi una geometria a sezione trasversale rettangolare, indicati nelle figure in esame con i riferimenti numerici 31, 32 e 33, è possibile si eccitare un campo elettrico di tipo TE, concentrato soprattutto nell’interspazio 4 tra il rispettivo rilievo e la parete 2 opposta della guida d’onda filtrante 1. Se l’interspazio (o gap) ha dimensioni abbastanza ridotte rispetto al rispettivo rilievo risonante 3, la frequenza di risonanza del rilievo risonante 3 è praticamente indipendente dalla posizione di questo all’interno della guida d’onda filtrante 1, e poco sensibile rispetto a variazioni di forma.

La sezione longitudinale (piano x-z) dei rilievi risonanti 3 può essere, infatti, anche spezzata o curvata senza alterarne le proprietà risonanti come mostrato nella figura 4. La frequenza di risonanza nel caso di risonatori a sezione longitudinale rettangolare o spezzata o curvata dipende dalla lunghezza della dimensione maggiore sul piano x-z e dalla modalità di terminazione dei rilievi risonanti 3.

Le terminazioni possono, infatti, non toccare le pareti laterali della guida d’onda 1, come nel caso dei rilievi risonanti 31 e 32, funzionando in tale situazione come risonatori aperto-circuitati.

In ogni caso, questi possono anche essere corto-circuitati toccando le pareti laterali della guida d’onda filtrante 1, come nel caso del rilievo 33, che tocca una delle pareti laterali 2.

In un’ulteriore forma di realizzazione, mostrata nella figura 4, si osservano dei rilievi risonanti 35 realizzati nella parte centrale della guida d’onda 1 due dei quali sono cortocircuitati con la superficie inferiore 2’ della guida d’onda filtrante 1 direttamente mediante un cilindretto 5 in prossimità di una o entrambe le terminazioni.

La forma e la posizione all’interno della guida d’onda filtrante 1 sono dei gradi di libertà che consentono di variare l’interazione elettromagnetica tra i rilievi risonanti e la guida d’onda filtrante, che permette la presenza di nuove proprietà filtranti, quali, in particolare, gli zeri di trasmissione, caratteristiche non presenti nei filtri in cui i rilievi risonanti 3 sono esclusivamente paralleli e simmetrici alla direzione longitudinale della guida d’onda filtrante 1.

Facendo ora riferimento alla figura 5 è possibile osservare una guida d’onda filtrante 1 avente un singolo rilievo 35 rettangolare e rettilineo arbitrariamente posizionato ed eccitato in ingresso 1’ ed uscita 1’’ mediante il modo fondamentale della guida d’onda filtrante 1.

Secondo la posizione del rilievo 35 rispetto alla guida d’onda filtrante 1, può essere generato uno zero di trasmissione la cui posizione in frequenza è controllata e determinata dal disallineamento δ e dall’angolo di orientazione α del rilievo 35 stesso rispetto all’asse centrale della guida d’onda filtrante 1. Variando il disallineamento δ e inclinazione α del rilievo 35 rettangolare è possibile modificare l’interazione elettromagnetica tra detto rilievo 35 stesso e il modo fondamentale della guida d’onda filtrante 1 rettangolare, e quindi la posizione in frequenza dello zero di trasmissione, nei modi più svariati ma senza variare sostanzialmente la frequenza di risonanza.

È possibile anche avvicinare una molteplicità di rilievi risonanti 3 ed accoppiarli dal punto di vista elettromagnetico in modo tale da generare filtri di ordine superiore. L’accoppiamento elettromagnetico tra i diversi rilievi risonanti 3 dipende dalla loro distanza reciproca.

La figura 6 mostra una quarta forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante 1 che realizza un filtro del quinto ordine, realizzata per mezzo di altrettanti rilievi risonanti accoppiati.

Il modo fondamentale della guida d’onda filtrante 1 eccita in ingresso ed uscita il primo e l’ultimo rilievo risonante, rispettivamente 36’ e 36<V>. Nella porzione centrale della guida filtrante 1 il secondo ed il quarto rilievo risonante, 36’’ e 36<IV>, sono accoppiati in maniera diretta ma anche tramite un terzo rilievo risonante 36’’’ centrale che è cortocircuitato ad un’estremità, pertanto la sua lunghezza è dimezzata rispetto agli altri (un quarto di lunghezza d’onda invece di mezza lunghezza d’onda).

Questa tripletta centrale di risonatori accoppiati permette la realizzazione di uno zero di trasmissione, in particolare nella banda di trasmissione superiore. Tutti i risonatori sono accoppiati tra loro con un livello di accoppiamento che dipende dalla posizione e dalle distanze reciproche tra i rilievi risonanti 3. La figura 7 mostra una simulazione elettromagnetica della funzione di trasferimento della guida d’onda filtrante della figura 6.

La classe di filtri ottenibili può essere ulteriormente ampliata tramite l’introduzione di altre discontinuità realizzate nella guida d’onda filtrante 1, che, in combinazione con il rilievo risonante 3, permettono di variarne le caratteristiche elettriche, soprattutto il livello di accoppiamento.

La figura 8 mostra una quinta forma di realizzazione di una guida d’onda filtrante 1 secondo l’invenzione, comprendente due rilievi risonanti 37’ e 37’’ accoppiati tra loro mediante un’iride induttiva 6. Detta iride induttiva 6 consente di ridurre il livello di accoppiamento tra i rilievi risonanti, senza aumentarne la distanza reciproca.

In modo duale, delle discontinuità di adattamento possono essere realizzate sui singoli rilievi risonanti per aumentare l’accoppiamento. La figura 9 descrive una sesta forma di realizzazione dell’invenzione, in cui è mostrato come un singolo rilievo 38 possa essere accoppiato in ingresso con l’uscita al modo fondamentale della guida mediante delle discontinuità di adattamento 7 direttamente sul rilievo risonante stesso 38.

Naturalmente possono essere impiegati diversi ulteriori tipi di discontinuità, quali ad esempio post induttivi e/o capacitivi, iridi induttive e/o capacitive, in combinazione con i rilievi risonanti 3 per diminuirne o aumentarne l’accoppiamento reciproco e/o con il modo fondamentale della guida d’onda filtrante 1, in ingresso ed uscita.

La figura 10 mostra una settima forma di realizzazione dell’invenzione, in cui la guida d’onda filtrante 1 presenta una discontinuità, che è utilizzata in combinazione con i rilievi risonanti 3 per ottenere un comportamento predefinibile. Il filtro ottenuto è il medesimo di quello mostrato in figura 6, nel quale un’iride induttiva asimmetrica 6’ viene inserita per limitare l’accoppiamento tra il secondo ed il quarto rilievo risonante 36’’ e 36<IV>, al fine di allontanare, o al limite eliminare completamente, lo zero di trasmissione nella parte superiore della banda oscura.

Diversi rilievi risonanti 3 possono essere accoppiati tra loro anche in modo parallelo. Ad esempio, con riferimento alla figura 11, quattro rilievi risonanti 39 sono stati accoppiati tra loro parallelamente entro la larghezza della guida d’onda filtrante 1. L’accoppiamento parallelo può riguardare anche rilievi risonanti realizzati nei modi e nelle posizioni più diverse, eventualmente in maniera obliqua, come in figura 12 rispetto ai rilievi risonanti 310.

La figura 13 mostra un esempio in cui due rilievi risonanti 311 e 312 sono realizzati in una stessa porzione di guida d’onda filtrante 1 per essere entrambi parallelamente accoppiati con il modo fondamentale della guida d’onda filtrante in ingresso 1’ ed uscita 1’’. Allo scopo di annullare l’accoppiamento tra i due rilievi risonanti paralleli, è collocato un setto 8, che separa detti rilievi risonanti 311 e 312 e la cui posizione può essere più o meno decentrata per variare l’accoppiamento di ingresso degli stessi.

Pertanto l’introduzione di discontinuità in guida d’onda 1, in combinazione con i rilievi risonanti 3 aumenta i gradi di libertà disponibili per l’ottenimento di funzioni di trasferimento di diverso tipo ed in particolare ellittiche o pseudoellittiche.

Oltre alla realizzazione di filtri interamente composti di rilievi risonanti 3, possono essere realizzate anche strutture più semplici sfruttando il fatto che uno o più rilievi risonanti 3 possono essere facilmente integrati o utilizzati in combinazione alle strutture filtranti note per arricchirne le funzionalità e/o ridurne l’ingombro.

Facendo, ad esempio, riferimento alle figure 14a e 14b, si osserva una guida d’onda filtrante 1 ad iride classica (figura 14a) cui sono aggiunti uno o più rilievi risonanti 3 integrati all’interno (figura 14b), in luogo di una o più cavità. Nel caso in esame, è mostrato un filtro del terzo ordine, nel quale un rilievo risonante 3 è collocato nella porzione centrale della guida d’onda filtrante 1, sostituendo una cavità.

Pertanto il primo e l’ultimo risonatore sono costituiti da classiche cavità TE101, indicate con il riferimento numerico 91 e 92, mentre il risonatore centrale (che nella figura 14a è indicato con il riferimento 9) è realizzato nella forma di realizzazione della figura 14b per mezzo del rilievo risonante 3.

Detto rilievo risonante 3, oltre a compattare la struttura del filtro, in quanto sostituisce una cavità con un rilevo di dimensioni longitudinali inferiori, è collocato all’interno della guida d’onda filtrante 1 per permettere la generazione di uno zero di trasmissione nella banda oscura inferiore, come mostrato nella simulazione elettromagnetica in figura 15.

Oltre alla sezione longitudinale rettangolare, i singoli rilievi risonanti 3 possono essere di forma “quasi-quadrata”, ad esempio avente una forma di parallelepipedo con una smussatura (come il rilievo risonante 34 della figura 1). In tal caso, il rilievo risonante ha l’effetto tecnico di supportare due configurazioni di campo risonanti, diventando dunque, di fatto, un risonatore “dual-mode”.

In questo caso, essendo la larghezza del rilievo risonante 34 comparabile con la sua lunghezza, all’interno di detto rilievo risonante 34 possono risuonare intorno ad una stessa frequenza due configurazioni di campo orientate in maniera ortogonale, i.e. una configurazione risonante lungo la lunghezza e l’altra lungo la larghezza del rilievo risonante 34.

L’accoppiamento elettromagnetico tra queste due configurazioni di campo, che altrimenti sarebbero indipendenti l’una dall’altra, può essere realizzato mediante una discontinuità realizzata, ad esempio, in uno spigolo del rilievo risonante 34 stesso, i.e. dove la discontinuità ha effetto su entrambe le orientazioni dei modi.

Questo tipo di rilievi risonanti, analogamente ai rilievi risonanti rettangolari, possono essere corredati di discontinuità in guida per variarne le caratteristiche di accoppiamento in ingresso ed uscita dal rilievo, per uno o per entrambi i modi.

La figura 16 mostra è rappresentato un esempio di rilievo “quasi-quadrato” 34, accoppiato in ingresso 1’ ed uscita 1’’ al modo fondamentale della guida d’onda filtrante 1 mediante due iridi 6. L’accoppiamento tra i due modi ortogonali risonanti nel rilievo risonante 34 è realizzato mediante una discontinuità o smussatura posta in uno spigolo del rilievo risonante 34 stesso.

La simulazione elettromagnetica di figura 17 mostra la doppia risonanza di questa struttura evidenziando la presenza di una coppia di configurazioni elettromagnetiche in risonanza.

Mediante una cascata di strutture del tipo di figura 16, oppure combinando queste strutture con dei rilievi risonanti rettangolari o ancora con risonatori classici a cavità, possono essere ottenuti filtri di ordine superiore.

Quando utilizzati in cascata all’interno di una guida d’onda filtrante 1 rettilinea, come quella mostrata in figura 18, oltre alla presenza di due poli di risonanza è presente anche uno zero di trasmissione, che, come mostrato nella simulazione elettromagnetica di figura 19, è posizionato tra detti due poli di risonanza. Pertanto, questa struttura è ideale come blocco di base per la realizzazione di filtri a doppia banda.

Tutti i concetti visti possono essere astratti anche per forme diverse dei rilievi risonanti, infatti, i rilievi risonanti rettangolari possono essere curvati, mentre i rilievi risonanti “quasi-quadrati” possono essere realizzati anche con forme diverse, ad esempio circolari o triangolari, purché nei rilievi risonanti si possano instaurare delle configurazioni di campo risonante.

Un vantaggio della presente invenzione è che le strutture di guide d’onda filtranti descritte possono essere fabbricate con semplici e convenienti processi di fresatura meccanica a partire da un unico blocco di metallo, in genere alluminio. Ciò è dovuto al fatto che la lavorazione può riguardare un solo lato della guida d’onda. Pertanto, si ha anche un basso costo di produzione.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Guida d’onda filtrante (1), delimitata da pareti (2), che si estende secondo tre direzioni, longitudinale trasversale e verticale, e comprendente uno o più rilievi risonanti (3) collocati su dette pareti (2), caratterizzata dal fatto che almeno uno di detti rilievi risonanti (3) è sagomato in modo da avere almeno una proprietà geometrica selezionata dal gruppo comprendente: - presentare almeno una sezione trasversale disposta asimmetricamente rispetto ad almeno uno degli assi mediani ortogonali di una sezione delle pareti (2) di detta guida d’onda filtrante (1) giacente sullo stesso piano di detta almeno una sezione trasversale; - avere una sezione trasversale variabile lungo la direzione longitudinale di detta guida d’onda filtrante (1); così che detti rilievi (3) formino tra loro o con dette pareti (2) interspazi (4) atti a funzionare da cavità risonanti per eccitare il campo elettromagnetico a frequenze predefinibili.
2. 2. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che almeno uno di detti rilievi risonanti (3) è sagomato in modo da avere almeno una proprietà geometrica selezionata dal gruppo comprendente: - avere una sezione trasversale il cui perimetro definisce uno spigolo con un angolo diverso da un angolo retto (90°); - avere una sezione trasversale il cui perimetro è privo di spigoli.
3. 3. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di avere una funzione di trasferimento di tipo ellittico o pseudoellittico.
4. 4. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) sono realizzati come strutture metalliche.
5. 5. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) sono rivestiti di materiale conduttivo.
6. 6. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti interspazi (4) sono riempiti di materiale dielettrico.
7. 7. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) hanno una sezione longitudinale curva e/o rettangolare e/o poligonale e/o circolare e/o rettangolare con almeno una smussatura, quest’ultimo atto a supportare due configurazioni di campo risonanti diventando un risonatore di tipo “dual-mode”.
8. 8. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) sono collocati su una o più pareti (2) adiacenti.
9. 9. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) presentano una o più terminazioni di collegamento a dette pareti (2).
10. 10. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che dette terminazioni di collegamento comprendono un cilindretto (5) e/o una colonna rettangolare e/o un filo conduttivo.
11. 11. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di ri lievi risonanti (3) in accoppiamento elettromagnetico, così da realizzare un filtro di ordine pari o superiore al numero di detti rilievi risonanti (3) tra loro accoppiati.
12. 12. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che l’accoppiamento elettromagnetico tra detti rilievi risonanti (3) è funzione della reciproca distanza.
13. 13. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere una o più iridi induttive (6), atte a regolare l’accoppiamento elettromagnetico tra detti rilievi risonanti (3).
14. 14. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) presentano discontinuità di adattamento (7) per l’accoppiamento elettromagnetico al modo fondamentale della guida d’onda filtrante (1).
15. 15. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere ulteriori discontinuità di adattamento per l’accoppiamento elettromagnetico reciproco o al modo fondamentale della guida d’onda filtrante (1), dette ulteriori discontinuità di adattamento essendo post induttivi e/o capacitivi e/o iridi induttive e/o capacitive di tipo simmetrico e/o asimmetrico.
16. 16. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un setto (8) collocato all’interno, interposto tra due rilievi risonanti (3).
17. 17. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che detto setto (8) è collocato in posizione decentrata rispetto a detti rilievi risonanti (3) tra i quali è interposto, in modo da variarne l’accoppiamento.
18. 18. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di presentare cavità (91, 92).
19. 19. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che dette cavità sono di tipo TE, quali TE101 e/o TE 102, e/o TM.
20. 20. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) sono realizzati per fresatura meccanica a partire da un unico blocco di metallo.
21. 21. Guida d’onda filtrante (1) secondo la rivendicazione 20, caratterizzata dal fatto che detto metallo è alluminio.
22. 22. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti rilievi risonanti (3) sono realizzati tramite tecniche di stampaggio e/o pressofusione.
23. 23. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di presentare una sezione trasversale poligonale, preferibilmente rettangolare.
24. 24. Guida d’onda filtrante (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 22, caratterizzata dal fatto di presentare una sezione trasversale ellittica.