WO 2004/062024 Al lili II II 1 1 II II ;ll ?? II 1 1 II 1 1 Il lll II i II
referió ihe "Guid-ance Notes on Codes andAbbreviaíions" appearing al ihe begin-ning ofeach regular issue of the PCT Gazette.
FILTRO DE PASO DE BANDA RF DE PLANO E DE GüÍAONDAS CON RESPUESTA SEUDO-ELÍPTICA
La presente invención se refiere a filtros de paso de banda RF con respuesta seudo-elíptica, más particularmente a aquellos incluidos en la tecnología de guía de plano E con una inserción dieléctrica impresa. Se aplica más particularmente a los sistemas de telecomunicación inalámbrica que operan en la región milimétrica y que tienen que satisfacer demandas de alta pureza espectral . Dentro de la estructura de las comunicaciones bidireccionales de banda ancha que utilizan un satélite geoestacionario en la banda ka, existe la necesidad de utilizar, en terminales pretendidas para el mercado masivo, un filtro de salida que hace posible atenuar las señales espurias situadas fuera de la banda útil, típicamente 29.5-30 GHz. Este filtro debe hacerse posible más particularmente para rechazar la frecuencia osciladora local, típicamente situada a 28.5 GHz. Para cumplir con las condicionantes del mercado masivo, este filtro debe ser de bajo costo .
- 2 - Dadas las demandas requeridas, se sabe utilizar para este propósito una tecnología de tipo guíaondas de acuerdo a diversos esquemas, en particular : - Filtros con cavidades de mono- o múltiples modos' acopladas juntas por diafragmas iris capacitivos o inductivos . Filtros de modo evanescente; - Filtros del tipo de plano E, comprendiendo inserciones metálicas o inserciones dieléctricas impresas, comúnmente referidas como FINLINE. La tecnología básica utilizada en la presente invención corresponde a la lista anteriormente citada y se ilustra en la Figura 1. En esta figura 1, una guíaondas RF 101 de sección transversal rectangular se divide en dos partes idénticas por un sustrato dieléctrico plano 102 situado en el plano E de propagación de esta guía. Este sustrato tiene bajas pérdidas y mínimo espesor (menos de 0.2 mm por ejemplo) a fin de no degradar el factor de calidad de la guía. Sin embargo, en esta figura, así como también en las otras, el espesor del sustrato se ha representado
- 3 -mayormente alargado para facilitar la legibilidad. En al menos uno de sus lados, el sustrato 102 comprende conductores impresos eléctricamente enlazados a los lados internos de la guía, los cuales soportan el sustrato 103 y cuya topología determina la respuesta deseada del filtro. Para simplificar el lenguaje, estos conductores eléctricamente enlazados a la guía se referirán como inserciones conductoras. El beneficio principal de esta tecnología es la habilidad de integrarse y ponerse en interfase fácilmente con otras tecnologías planas, tal como la tecnología de microbanda o microbanda suspendida. Estío así hace posible integrar la función de filtración en los circuitos impresos sobre la tarjeta principal del sistema de emisión. Un ejemplo de tal integración se representa como una sección transversal en la figura 2. Un sustrato dieléctrico 102 se incluye entre una placa de fundación 101 y una cubierta 111. La placa de fundación y esta cubierta se ahuecan con canales 104 que determinan dos modos de transmisión: un modo guiado y un modo de transmisión por línea. Los conductores 103
- 4 -impresos sobre la superficie superior del sustrato 102, y 113 en la superficie inferior, hacen posible modificar la curva de respuesta de estas guiaondas. Las tecnologías ilustradas en esta figura corresponden respecto al lado superior del sustrato para la tecnología de microbanda, y respecto al lado inferior para la tecnología FINLINE . La topología de filtro de paso de banda utilizada más comúnmente en las tecnologías representadas en las figuras 1 y 2 consiste en utilizar n + 1 inserciones inductivas puestas a tierra al enlazarse eléctricamente a los lados internos de la guía, cuando n se encuentra en el orden del filtro. Estas inserciones se separan por aproximadamente „ la mitad de una longitud de ondas guiada, y se imprimen en principio sobre sólo un lado del sustrato. Sin embargo, para minimizar la sensibilidad de la respuesta del filtro a las tolerancias de elaboración, las inserciones frecuentemente se imprimen preferentemente en una manera sustancialmente idéntica en ambos lados del sustrato, pero todavía se conectan a las paredes internas de la guía.
- 5 - La curva de respuesta de los filtros de paso de banda obtenida en esta manera es del tipo tan llamado Chebyshev. Para obtener la selectividad espectral necesaria, teóricamente es posible utilizar un filtro de alto orden. El filtro de esta manera obtenido muestra dimensiones físicas considerables y fuerte sensibilidad a los errores de elaboración en cuanto a sus dimensiones. Por lo tanto, en la práctica es muy difícil, o aún imposible, fabricarlo . Sin embargo se conoce en la materia para ceros de transmisión situados en las frecuencias o en las bandas de frecuencia a rechazar, el introducirse en la síntesis de un filtro del tipo Chebyshev a fin de .obtener la selectividad óptima junto con un mejor ajuste para el templado con el que se atiene, mientras que se reduce el orden del filtro, y de ahí su volumen, al mínimo. La respuesta obtenida de esta manera, es del "tipo seudo-el íptica" doblada. Sin embargo, a la fecha, no se conoce ningún método mediante el cual tales ceros de transmisión puedan introducirse en el filtro tipo Chebyshev elaborado en un guíaondas de acuerdo al
- 6 -método descrito de aquí en adelante. Para resolver este problema, la invención propone un filtro de paso de banda F con respuesta seudo-elíptica, del tipo que comprende una guíaondas equipada con un sustrato aislante colocado en un plano E de lá guía y que comprende en uno de sus lados inserciones conductoras inductivas eléctricamente conectadas a los lados internos de la guía, los cuales soportan el sustrato y que a través de sus dimensiones y sus ubicaciones en el sustrato determinan una curva de respuesta del filtro tipo Chebyshev. El filtro además comprende al menos una inserción eléctricamente flotante colocada en el otro lado del sustrato y que a través de sus dimensiones y su ubicación en el .sustrato determina un cero de transmisión en la curva de respuesta del filtro haciendo posible atenuar las frecuencias situadas en la proximidad de este cero y determinar la naturaleza seudo-elíptica de la curva de respuesta del filtro. La expresión "inserción flotante" deberá entenderse que significa una inserción conductora que no se enlaza eléctricamente a un potencial eléctrico, de tal forma que su voltaje se impone
. - 7 -en el mismo mediante el campo electromagnético que cruza el filtro. La expresión "cero de transmisión" deberá entenderse que significa la atenuación total en la curva de respuesta del filtro, la atenuación lográndose para una frecuencia dada. De acuerdo a varias características, el filtro comprende un grupo de inserciones flotantes que determinan un grupo de ceros de transmisión. El número de inserciones flotantes es igual al número de inserciones conductoras. Cada inserción flotante se coloca opuesta a una inserción conductora. La guíaondas es de sección transversal rectangular y el sustrato se coloca en una posición longitudinal media en esta guía. Cada inserción inductiva se conecta eléctricamente a dos lados opuestos de la guíaondas. El filtro se adapta para operar en un rango de onda milimétrica . Otras características y ventajas de la invención llegarán a ser claramente aparentes en la siguiente descripción, presentada a manera de ejemplo no limitante junto con las figuras anexas que representan:
figura 1, una vista en perspectiva y entrever de un filtro de paso de banda del tipo Chebyshev en tecnología de guia de plano E con inserción dieléctrica; figura 2, una 'vista transversal de una estructura que combina las tecnologías de microbanda, FINLINE, y guia de plano E; - figura 3, una vista bajo las condiciones de la figura 1 de un filtro de paso de banda de acuerdo a la invención; y figura 4, una gráfica comparativa de las curvas de respuesta de un filtro del tipo puramente Chebyshev y de un filtro de acuerdo a la invención. Refiriéndose a la figura 3, el filtro de acuerdo a la invención, según se ilustra en esta figura, es de estructura comparable a aquel de la figura 1 y comprende una guíaondas 301 equipada con un sustrato dieléctrico delgado 302 colocado longitudinalmente en el plano E de esta guía. El lado superior de este sustrato comprende cuatro inserciones inductivas 303 a 306 formadas de
- 9 -metalizaciones rectangulares más estrechas o más amplias cuyos extremos situados en los bordes longitudinales del sustrato se encuentran en contacto eléctrico con los lados laterales internos 301A y 301B de la guía, los cuales soportan el sustrato. Preferentemente, estas inserciones inductivas se conectan eléctricamente a dos lados opuestos de la guiaondas a fin de asegurar el mejor contacto eléctrico posible. Estas inserciones hacen posible obtener la función de filtración de paso de banda tipo Chebyshev. Las dimensiones y la ubicación de las inserciones se determinan en una manera conocida a fin de obtener la curva de respuesta deseada. En este caso específico, ya que existen cuatro inserciones, el filtro es de orden 3. De acuerdo a la invención, el lado inferior del sustrato comprende dos inserciones 314 y 316 aquí formados de metalizaciones rectangulares estrechas y los cuales se reducen a dos bandas conductoras. Estas metalizaciones son eléctricamente "flotantes" , es decir se dice que no se encuentran enlazadas a los dos lados laterales 301A y 301B de la guía, la cual lleva el sustrato. Éstas se colocan de frente a las
- 10 -inserciones 304 y 305 situadas sobre el otro lado del sustrato y se inclinan hacia un grado mayor o menor con respecto al eje longitudinal de la guía. Para facilitar el entendimiento de la figura, el lado inferior del sustrato se ha marcado con la saliente sobre el mismo de las inserciones conductoras en la forma de cuatro rayas 307 en las ubicaciones de las cuatro esquinas de estas salientes en las cuales se colocarán las dos inserciones "flotantes" 314 y 315. Esta estructura combinada hace posible generar ceros de transmisión en la curva de respuesta del filtro sin originar ningún aumento en el tamaño global del mismo. Las frecuencias a las cuales se sitúan estos ceros, se determinan por las dimensiones ,y las orientaciones de estas inserciones "flotantes" . Estas dimensiones y estas orientaciones también se determinan por un método de síntesis conocido por sí mismo. El grupo completo de los parámetros de dimensión, ambos de aquellos de las inserciones conductoras inductivas y aquellos de las inserciones "flotantes" , permiten la adaptación global de la curva de respuesta del filtro como una función de la respuesta deseada.
- 11 - En el ejemplo descrito, las dos inserciones 314 y 315 hacen posible introducir dos ceros en la curva de respuesta, pero podría haber sido posible agregar solo uno o introducir cuatro de ellos al colocar otras dos inserciones flotantes opuestas a las inserciones conductoras 303 y 306. En una manera general, es posible generar hasta n + 1 ceros de transmisión en un filtro de orden n ya que el último comprende n + 1 inserciones conductoras. El diseñador del filtro, por lo tanto, será capaz de distribuir estos ceros sobre cualquier lado del paso de banda del filtro a fin de cumplir mejor con el templado impuesto. Se apreciará que mientras más cerca se encuentren los ceros al paso de banda, más tarde se romperá el templado. En la mayoría de los casos, por lo tanto, será necesario volver a elaborar las inserciones conductoras a fin de recuperar el rendimiento satisfactorio en términos de equilibrio y ancho de banda. Esto se hará mediante métodos de repetición bien conocidos que serán todos los más fáciles de implementar a medida que los numerosos ceros que pueden introducirse de esta manera con mayor flexibilidad
- 12 -hacen posible alterar un número de parámetros mucho más grande que en el caso del filtro del tipo completamente Chebyshev. Aún así será posible tener ganancias de esta flexibilidad a fin de reducir el orden del filtro y de allí su volumen y su costo mientras que se retiene la selectividad muy considerable. El filtro representando en la figura 3 corresponde a una modalidad en particular que se ha implementado en una guía estándar de tipo WR28 de la sección transversal 3.556 x 7.112 rara2, equipada con un sustrato de tipo RO4003 y de espesor 0.2 mm . Este filtro es de orden 3, de aquí con cuatro inserciones conductoras, y estas inserciones se han elaborado para obtener un paso de banda de acuerdo con aquel de una Terminal de tipo Ka, es decir, 29.5-30.0 GHz . La curva de respuesta de este filtro cuando comprende estas inserciones conductoras solamente, por lo tanto, es únicamente del tipo Chebyshev, y se representa en 401 en la figura 4. Las dimensiones de las inserciones "flotantes" se han determinado a fin de obtener dos ceros muy cercanos a la frecuencia de 28.5 GHz
- 13 -a rechazar. Estos corresponden a las cavidades 403 de la curva 402 de la figura 4. Esta curva 402 es aquella de la respuesta seudo-elxpt ica de la modalidad ejemplar descrita de aquí en delante de un filtro de acuerdo a la invención. Se señala que en este ejemplo los dos ceros se encuentran muy cercanos, previniéndolos de tal modo de distinguirse en la curva de respuesta, y que una atenuación de más de 13 dB de la frecuencia espuria a eliminar, se obtiene según se compara con el filtro de tipo puramente Chebyshev . La vuelta hacia arriba alrededor de 28.0 GHz no es problemática y puede posiblemente eliminarse por otros medios, por ejemplo, al introducir otros ceros adicionales. Además, la pendiente del borde cortado del filtro a bajas frecuencias, se mejora. Estas ventajas se obtienen mientras que se conservan las dimensiones iniciales del filtro y costo extremadamente bajo, ya que consiste meramente en colocar unas pocas metalizaciones adicionales sobre un sustrato ya existente . Unas pocas variantes pueden garantizarse fácilmente respecto a la forma y la posición de
- 14 -las inserciones flotantes sin jerarquizar la invención La dimensión de las inserciones flotantes depende de su frecuencia resonante . Es posible que estas puedan mostrar una dimensión de tal forma que no sea posible incluir su superficie completa bajo una inserción1 conductora. También es posible recurrir a inserciones acodadas.