WO2005029633A1 - Filtros y antenas de microondas y milimetricas basados en resonadores de anillos abiertos y en lineas de transmision planares - Google Patents
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- H01Q9/265—Open ring dipoles; Circular dipoles
Definitions
- the present invention relates to microwave and millimeter wave filters and antennas based on open ring resonators and planar transmission lines.
- Periodic structures based on open-ring resonators are known to synthesize band rejection frequency responses and to achieve targeting properties of electromagnetic waves propagating in space. Such structures are based on the fact that in the vicinity of the resonance frequency, such rings can behave as an effective medium with extreme values of permeability (positive below resonance and negative above it). For this, it is necessary that said periodic structures be irradiated with the polarized magnetic field parallel to the axis of the rings. Thus, the propagation of electromagnetic signals in a narrow frequency band around the resonance frequency is inhibited, and therefore, a band rejection behavior is obtained. Periodic structures based on open-ring resonators to synthesize band-pass responses are also known.
- Structures based on open ring resonators embedded in a rectangular waveguide have also been proposed, which also emulates microwave plasma up to the cutoff frequency of the wire.
- these structures behave like elements of electric or magnetic current that enable the emission and reception of electromagnetic waves as an antenna.
- the emission or reception of radiation can be experimentally observed thanks to the fact that the structure allows the propagation of fast waves.
- a limitation of the previous structures for their practical use as filters, antennas, etc., is the fact that they are not compatible with circuit manufacturing technologies (printed circuits or microelectronic technologies), since they are three-dimensional structures.
- the objective of the present invention is to solve the aforementioned drawbacks related to structures based on open rings, developing a filter based on a planar transmission medium that can act as a bandpass filter, band rejection filter or elementary antennas or groups thereof , operating at microwave frequencies and millimeter waves and compatible with planar circuit manufacturing technologies and modern micro-machining techniques.
- the microwave and millimeter wave filter of the present invention is characterized by the fact that it comprises a planar transmission medium that includes a conductive strip, metal ground plane and dielectric substrate and by the fact that it comprises at least one open-ring resonator. This characteristic allows to make filters of very reduced dimensions, because the dimensions of the open ring resonators are much smaller than the wavelength at the resonance frequency of the open rings.
- these filters have low insertion losses in the passband, their design is very simple and their manufacturing process is compatible with printed and integrated circuit manufacturing technologies. They also have high frequency selectivity as a consequence of the high quality factor of open-ring resonators.
- the open ring resonators are metallic and are arranged in magnetic coupling with the planar transmission medium.
- Said open ring resonators comprise at least one pair of concentric metallic rings (same level) or a pair of rings arranged one above the other, with openings at some point thereof in order to achieve a resonant structure.
- Spiral open ring resonators are also included.
- the conductive strip is electrically separated from the metal ground plane, behaving like a band rejection filter.
- the filter presents a frequency response type of band rejection.
- the open ring resonators of the latest presented topology are metallic and arranged in series with the conductive strip.
- the planar transmission medium is based on conventional transmission lines (coplanar, microstrip, tape) or variants thereof. Thanks to this feature, the filters can be supplemented in any type of transmission line compatible with printed or integrated circuit technologies.
- the tape transmission line is known as the stripline '.
- open-ring resonators are etched into the metal ground plane with their negative surface of that of metallic open ring resonators (complementary rings).
- the conductive strip has continuity, behaving like a band rejection filter.
- the filter presents a frequency response type of band rejection.
- the conductive strip presents continuity, behaving like a band-pass filter.
- the filter presents a type frequency response pass band.
- the filter comprises metallic open ring resonators in magnetic coupling with the planar transmission medium and complementary open ring resonators etched in the metal ground plane, obtaining a bandpass response.
- the open rings are of circular or polyhedral geometry, they have a plurality of metal elements and / or openings engraved on one or more metal levels. The combination of all these characteristics of the open rings allows to achieve a resonant structure in a wide frequency range.
- the filter has multiple pass or reject bands, with bandwidth controllable by the number of openings and / or the arrangement of open-ring resonators and / or their geometry.
- the filter is electronically reconfigurable and incorporates switches. microelectromechanical (MEMS).
- MEMS microelectromechanical
- a microwave or millimeter wave antenna can be implemented according to any of the previous embodiments.
- the fact that the radiation diagrams have good levels of directivity and polarization, allows the filter to behave like an antenna, since it eliminates the incident waves by radiating them.
- variants based on battery antenna arrays can be implemented.
- a suitable adjustment of the properties of the rings allows to emphasize the radiation properties of said structures allowing their use for the emission and reception of electromagnetic waves.
- FIG. 1 shows in perspective a planar transmission medium consisting of a buried coplanar waveguide (ie, with dielectric substrate above and below the conductive strip and ground planes).
- Figure 2 shows some topology of open-ring, spiral, and serial configuration resonators.
- Figure 3 shows the topology of a preferred embodiment for a band pass filter with three stages of ring resonators and performed using a buried coplanar waveguide (i.e.
- Figure 4 shows a graph of the measured frequency response of the filter of the invention corresponding to the preferred embodiment
- Figure 5 shows a typical radiation diagram of the claimed structures of this invention.
- Figure 1 of the present invention shows a structure of planar transmission medium 1 type buried coplanar waveguide, that is, with dielectric substrate 2 on both sides of the central metallic plane 10 in which the conductive strip 3 is defined, separated from the metallic ground planes 4 by the slots 9, also called slots.
- the coplanar waveguide may consist of the same structure as that shown in Figure 1, but only with dielectric substrate 2 on one side of the central metal plane 10, which contains the central conductor and the metal ground planes 4 Or any other type of configuration with multiple layers of dielectric substrate 2.
- Other propagation means are also possible, such as the microtips, tape transmission line, also called x stripline ', and in general any planar transmission medium.
- FIG. 2 shows some examples of open-ring resonators 5, which are characterized by presenting two metallic open rings 8, that is, with openings 7 at some point.
- Topology 5a comprises two concentric metallic open rings 8 each with an opening 7, said openings 7 being arranged at 180 °.
- Topology 5b comprises two concentric metallic open rings 8 each with two openings 7 arranged at 180 ° to each other, said openings 7 being arranged in the same position and a end of metallic open ring 8 with opposite end of the other.
- Topology 5c comprises two metal open rings 8 superimposed on different planes, each with an opening 7, said openings 7 being arranged at 180 °.
- Topology 5d comprises two concentric metallic open rings 8 each with two openings 7 arranged 180 ° with respect to each other, openings 7 of one ring being arranged at 90 ° with respect to those of the other.
- Topology 5e comprises two spiral concentric metal open rings 8, each with an opening 7, said openings 7 being arranged in the same position and one end of the open metal ring 8 being attached to the opposite end of the other.
- Topology 5f comprises two symmetrical concentric metallic open rings 8, each with an opening 7, said openings 7 being arranged in the same position and arranged in series with the conductive strip 3.
- Figure 3 shows the topology of a filter 11 with a buried coplanar waveguide structure and based on metallic open-ring resonators 5, with openings 7 on opposite sides, and engraved on the outer faces of the dielectric substrate 2.
- said topology which provides a band-pass frequency response, They also appreciate narrow metallic connections 6, between the conductive strip 3 and the metallic ground planes 4.
- the design of the filter 11, with a band-pass response is based on the fact that the metallic connections 6 between the conductive strip 3 and the metal ground planes 4 they give the structure a plasma-like behavior up to a frequency (plasma frequency) that is controlled by the width of the aforementioned metal junctions 6 and the separation between them, and which must be above the resonance frequency of the ring resonators open 5a, 5b, 5c, 5d and 5e.
- the metallic junctions 6 provide the propagation medium with an effective permittivity with a negative value.
- the design of the filter 11 is based on the dimensions of the open ring resonators 5a, 5b, 5c, 5d and 5e, including the separation between them and their width, which does not have to be identical in each open ring 8 of the open ring resonator 5a, 5b, 5c, 5d and 5e. Said dimensions determine the value of the resonance frequency of the open ring resonator 5a, 5b, 5c, 5d and 5e, by means of which the position of the pass band 13 of the filter 11, which begins at the resonance frequency of the filter 11, is controlled. open ring resonator 5a, 5b, 5c, 5d and 5e.
- the open ring resonators 5a, 5b, 5c, 5d and 5e being in magnetic coupling with the propagation medium, give the propagation medium a negative value of the effective permeability in a narrow frequency region, extending the band 13 of the filter 11 in that region • where negative values of. effective permittivity and permeability.
- the planar transmission medium 1 (buried coplanar waveguide) should be designed with values of the width of the grooves 9 and of the conductive strip 3 to provide a value of the impedance characteristic of said planar transmission medium 1 equal to 50 ⁇ .
- the filter 11 can also be made by other open ring resonator topologies 5 and with different types of geometries of such open ring resonators 5 (round, square, and polyhedral in general). It is also possible to carry out filter 11 by means of complementary open ring resonators 5 and capacitive gaps in the conductive strip 3.
- Figure 4 shows the graph corresponding to the frequency response 12 (insertion loss 12a and return loss 12b) of filter 11 described in the present invention, with three stages of open ring resonators 5, where the low loss values in the pass band 13 and the abrupt cut in the transition zones 14 are observed.
- Band rejection filters can also be made with an identical design to that described but without metallic connections 6 between the conductive strip 3 and the metallic ground planes 4. With a suitable design of the dimensions of the structure, its radiation characteristics are enhanced, allowing its use as an elemental antenna or in a group of them as shown in figure 5, in which a typical radiation diagram for a frequency is observed. 6.5 GHz ia.
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Abstract
Filtro para microondas y ondas milimétricas, que se caracteriza por el hecho de que comprende un medio de transmisión planar (1) que incluye una tira conductora (3), plano de masa metálico (4) y substrato dieléctrico (2) y por el hecho de que comprende por lo menos un resonador de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e y 5f).
Description
FILTROS Y ANTENAS DE MICROONDAS Y ONDAS MILIMÉTRICAS BASADOS EN RESONADORES DE ANILLOS ABIERTOS Y EN LINEAS DE TRANSMISIÓN PLANARES
La presente invención se refiere a filtros y antenas de microondas y ondas milimétricas basados en resonadores de anillos abiertos y lineas de transmisión planares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidas estructuras periódicas basadas en resonadores de anillos abiertos para sintetizar respuestas frecuenciales de rechazo de banda y para conseguir propiedades de focalización de ondas electromagnéticas propagándose en el espacio. Dichas estructuras se basan en el hecho de que en la vecindad de la frecuencia de resonancia, tales anillos se pueden comportar como un medio efectivo con valores extremos de permeabilidad (positiva por debajo de la resonancia y negativa por encima de ella) . Para ello es necesario que dichas estructuras periódicas sean irradiadas con el campo magnético polarizado paralelamente al eje de los anillos. Siendo asi, se inhibe la propagación de señales electromagnéticas en una banda de frecuencias estrecha alrededor de la frecuencia de resonancia, y, por tanto, se obtiene un comportamiento de rechazo de banda. También son conocidas estructuras periódicas basadas en resonadores de anillos abiertos para sintetizar respuestas pasa banda. En este caso se requiere, además de
los anillos, de una estructura adicional superpuesta capaz de proporcionar un valor negativo de la permitividad efectiva del medio hasta valores frecuenciales por encima de la frecuencia de resonancia de los anillos abiertos. De esta forma, en aquella región donde coexistan valores negativos para la permeabilidad y permitividad efectivas, será posible la propagación de señales, y por- tanto se obtendrá una respuesta pasa banda, resultando un medio de transmisión en el que la velocidad de fase y grupo son antiparalelas (material zurdo) . Entre estas estructuras, cabe citar las basadas en resonadores de anillos abiertos y postes metálicos colocados en filas alternadas. Dichos postes metálicos emulan un plasma escalado a frecuencias de microondas y milimétricas, confiriendo un valor negativo de la permitividad al medio hasta una frecuencia (frecuencia plasma) que depende de las dimensiones radiales de los postes y de la separación de los mismos. También se han propuesto estructuras basadas en resonadores de anillos abiertos incrustados en una guia de ondas rectangular, la cual también emula un plasma de microondas hasta la frecuencia de corte de la guia. Por otra parte, estas estructuras se comportan como elementos de corriente eléctrica o magnética que posibilitan la emisión y recepción de ondas electromagnéticas a modo de antena. Mediante una agrupación periódica de tales estructuras, se puede observar experimentalmente la emisión o recepción de radiación gracias a que la estructura permite la propagación de ondas rápidas. Una limitación de las anteriores estructuras para su utilización práctica como filtros, antenas, etc., es el
hecho de que no son compatibles con las tecnologías de fabricación de circuitos (circuitos impresos o tecnologías microelectrónicas) , pues se trata de estructuras tridimensionales . Otra importante limitación de las citadas estructuras se refiere al hecho que presentan pérdidas muy significativas en la banda de paso, siendo inviable el uso de las mismas como filtros y antenas. Tales pérdidas no son tanto debidas a radiación o a pérdidas óhmicas o dieléctricas, sino que más bien son consecuencia de la falta de adaptación entre el medio y las sondas de medida. Son conocidas estructuras basadas en lineas de transmisión planares en las que coexisten valores negativos de permeabilidad y permitividad efectivas en un determinado rango de frecuencia, pero en ningún caso se trata de estructuras resonantes, ni en dichas estructuras se utilizan resonadores de anillos cortados para la obtención de respuestas de rechazo de banda o pasa banda estrechas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados referidos a las estructuras basadas en anillos abiertos, desarrollando un filtro basado en un medio de transmisión planar que puede actuar como filtro pasa banda, de rechazo de banda o antenas elementales o agrupaciones de las mismas, operativo a frecuencias de microondas y ondas milimétricas y compatible con las tecnologías planares de fabricación de circuitos, y con las modernas técnicas de micromecanizado .
De acuerdo con este objetivo, el filtro para microondas y ondas milimétricas de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que comprende un medio de transmisión planar que incluye una tira conductora, plano de masa metálico y substrato dieléctrico y por el hecho de que comprende por lo menos un resonador de anillos abiertos. Esta característica permite realizar filtros de dimensiones muy reducidas, debido a que las dimensiones de los resonadores de anillos abiertos son mucho menores que la longitud de onda a la frecuencia de resonancia de los anillos abiertos. Además, dichos filtros presentan bajas pérdidas de inserción en la banda de paso, su diseño es muy simple y su proceso de fabricación es compatible con las tecnologías de fabricación de circuitos impresos e integrados . Presentan también una elevada selectividad frecuencial como consecuencia del elevado factor de calidad de los resonadores de anillos abiertos. Preferiblemente, los resonadores de anillos abiertos son metálicos y están dispuestos en acoplamiento magnético con el medio de transmisión planar. Dichos resonadores de anillos abiertos comprenden al menos un par de anillos metálicos concéntricos (mismo nivel) o bien un par de anillos dispuestos uno encima del otro, con aberturas en algún punto de los mismos al efecto de conseguir una estructura resonante. Se incluyen también los resonadores de anillos abiertos en espiral. Para conseguir una respuesta en frecuencia del filtro tipo pasa banda, es necesario introducir un tipo de
periodicidad al medio de transmisión planar consistente en la disposición de uniones metálicas entre la tira conductora y los planos de masa metálicos de dicho medio de transmisión planar. Según otra realización, la tira conductora está separada eléctricamente del plano de masa metálico, comportándose como un filtro de rechazo de banda. En este caso, por el hecho de que no existe unión entre la tira conductora y los planos de masa metálicos, es decir, están totalmente separados, el filtro presenta una respuesta en frecuencia tipo de rechazo de banda. Según aún otra realización, los resonadores de anillos abiertos de la última topología presentada son metálicos y están dispuestos en serie con la tira conductora. La inserción en serie a lo largo de la linea de transmisión de varios de estos anillos arriba mencionados, permite obtener filtros con respuesta frecuencial tipo pasa banda, con una impedancia inusualmente alta, excepto en la frecuencia de resonancia, donde se hacen xtransparentes' para la propagación electromagnética. Preferiblemente el medio de transmisión planar está basado en lineas de transmisión convencionales (coplanar, microtira, cinta) o variantes de las mismas. Gracias a esta característica, los filtros se pueden i plementar en cualquier tipo de linea de transmisión compatible con las tecnologías de circuitos impresos o integrados. La línea de transmisión de cinta es conocida como stripline' . Alternativamente, los resonadores de anillos abiertos están grabados en el plano de masa metálico siendo su
superficie la negativa de la de los resonadores de anillos abiertos metálicos (anillos complementarios) . Según una realización correspondiente a resonadores de anillos abiertos complementarios, existen brechas capacitivas periódicas en la tira conductora (también conocidas como "gaps" capacitivos) , comportándose la estructura como un filtro pasa banda. Según otra realización para los resonadores de anillos abiertos complementarios, la tira conductora presenta continuidad, comportándose como un filtro de rechazo de banda. En este caso, por el hecho de que no existen brechas capacitivas ( gaps' capacitivos) en la tira conductora, es decir, existe continuidad en toda la tira conductora, el filtro presenta una respuesta en frecuencia tipo de rechazo de banda. Según otra realización, para los resonadores de anillos . abiertos complementarios de la última topología representada, la tira conductora presenta continuidad, comportándose como un filtro pasa banda. Sólo en este caso, por el hecho de que no existen brechas capacitivas ( gaps' capacitivos) en la tira conductora de la última configuración de anillos abiertos, es decir, existe continuidad en toda la tira conductora, el filtro presenta una respuesta en frecuencia tipo pasa banda. Según otra realización, el filtro comprende resonadores de anillos abiertos metálicos en acoplamiento magnético con el medio de transmisión planar y resonadores de anillos abiertos complementarios grabados en el plano de masa metálico, obteniéndose una respuesta pasa banda. Adicionalmente, los anillos abiertos son de geometría circular o poliédrica, presentan una pluralidad de
elementos metálicos y/o aberturas grabados en uno o más niveles de metal. La combinación de todas estas características de los anillos abiertos, permite conseguir una estructura resonante en un amplio margen frecuencial. Ventajosamente, el filtro presenta múltiples bandas de paso o de rechazo, con ancho de banda controlable mediante el número de aberturas y/o la disposición de los resonadores de anillos abiertos y/o de su geometría Ventajosamente, el filtro es reconfigurable electrónicamente e incorpora interruptores microelectromecánicos (MEMS) . Adicionalmente, se puede implementar una antena para microondas u ondas milimétricas según cualquiera de las realizaciones anteriores. El hecho de que los diagramas de radiación presentan unos buenos niveles de directividad y polarización, permite que el filtro se comporte como una antena, ya que elimina las ondas incidentes mediante la radiación de las mismas. Además se pueden implementar variantes basadas en agrupaciones de antenas en batería. Un ajuste adecuado de las propiedades de los anillos permite enfatizar las propiedades de radiación de dichas estructuras permitiendo su empleo para la emisión y recepción de ondas electromagnéticas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y solo a título de ejemplos no limitativos, se representa una
realización preferida del medio de transmisión planar y varias topologías de resonadores de anillos. La figura 1 muestra en perspectiva un medio de transmisión planar consistente en una guía de ondas coplanar enterrada (es decir, con substrato dieléctrico por arriba y por debajo de la tira conductora y los planos de masa) . En la figura 2 se muestran algunas topologías de resonadores de anillos abiertos, en espiral y en configuración serie. La figura 3 muestra la topología de una realización preferida para un filtro pasa banda con tres etapas de resonadores de anillos y realizado mediante una guía de ondas coplanar enterrada (es decir rodeada de substrato dieléctrico por arriba y por abajo) , con los anillos grabados en las caras exteriores del substrato dieléctrico, y con uniones metálicas estrechas entre la tira conductora central y los planos de masa de la guía de ondas coplanar situadas al mismo nivel de los anillos. La figura 4 muestra un gráfico de la respuesta frecuencial medida del filtro de la invención correspondiente a la realización preferida, y la figura 5 muestra un diagrama de radiación típico de las estructuras reivindicadas de esta invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
La figura 1 de la presente invención muestra una estructura de medio de transmisión planar 1 tipo guía de ondas coplanar enterrada, es decir, con substrato dieléctrico 2 a ambos lados del plano metálico central 10
en el que se define la tira conductora 3, separada de los planos de masa metálicos 4 por las ranuras 9, también llamadas slots. Alternativamente, la guía de ondas coplanar puede consistir de la misma estructura que la mostrada en la figura 1, pero solamente con substrato dieléctrico 2 a uno de los lados del plano metálico central 10, que contiene el conductor central y los planos de masa metálicos 4. O cualquier otro tipo de configuración con múltiples capas de substrato dieléctrico 2. También son posibles otros medios de propagación, tales como la línea de transmisión microtira, de cinta, también llamada xstripline' , y en general cualquier medio de transmisión planar. Para la realización de los filtros y antenas de altas prestaciones, es conveniente el uso de substrato dieléctricos 2 con bajas pérdidas dieléctricas para obtener respuestas frecuenciales con las menores pérdidas posibles en la banda de paso 13 de los mencionados filtros y antenas . La figura 2 muestra algunos ejemplos de resonadores de anillos abiertos 5, los cuales se caracterizan por presentar dos anillos abiertos 8 metálicos, es decir, con aberturas 7 en algún punto. La topología 5a comprende dos anillos abiertos 8 metálicos concéntricos cada uno de ellos con una abertura 7, estando dispuestas dichas aberturas 7 a 180°. La topología 5b comprende dos anillos abiertos 8 metálicos concéntricos cada uno de ellos con dos aberturas 7 dispuestas a 180° entre sí, estando dispuestas dichas aberturas 7 en la misma posición y estando unidos un
extremo del anillo abierto 8 metálico con el extremo opuesto del otro. La topología 5c comprende dos anillos abiertos 8 metálicos superpuestos en diferentes planos, cada uno de ellos con una abertura 7, estando dispuestas dichas aberturas 7 a 180°. La topología 5d comprende dos anillos abiertos 8 metálicos concéntricos cada uno de ellos con dos aberturas 7 dispuestas a 180° entre sí, estando dispuestas las aberturas 7 de un anillo a 90° respecto de las del otro. La topología 5e comprende dos anillos abiertos 8 metálicos concéntricos en espiral, cada uno de ellos con una abertura 7, estando dispuestas dichas aberturas 7 en la misma posición y estando unido un extremo del anillo abierto 8 metálico con el extremo opuesto del otro. La topología 5f comprende dos anillos abiertos 8 metálicos concéntricos simétricos, cada uno de ellos con una abertura 7, estando dispuestas dichas aberturas 7 en la misma posición y dispuestos en serie con la tira conductora 3. La figura 3 muestra la topología de un filtro 11 con estructura de guía de ondas coplanar enterrada y basada en resonadores de anillos abiertos 5 metálicos, con aberturas 7 en lados opuestos, y grabados en las caras exteriores del substrato dieléctrico 2. En dicha topología, que proporciona una respuesta frecuencial tipo pasa banda, se aprecian además uniones metálicas 6 estrechas, entre la tira conductora 3 y los planos de masa metálicos 4. El diseño del filtro 11, con respuesta tipo pasa banda, se basa en el hecho de que las uniones metálicas 6 entre la tira conductora 3 y los planos de masa metálicos 4
confieren a la estructura un comportamiento tipo plasma hasta una frecuencia (frecuencia plasma) que se controla con la anchura de las mencionadas uniones metálicas 6 y la separación entre las mismas, y que debe estar por encima de la frecuencia de resonancia de los resonadores de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e. Hasta dicha frecuencia plasma, las uniones metálicas 6 proporcionan al medio de propagación una permitividad efectiva con valor negativo. Además el diseño del filtro 11 se basa en las dimensiones de los resonadores de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e, incluyendo la separación entre los mismos y su anchura, que no tiene por qué ser idéntica en cada anillo abierto 8 del resonador de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e. Dichas dimensiones determinan el valor de la frecuencia de resonancia del resonador de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e, mediante la cual se controla la posición de la banda de paso 13 del filtro 11, que comienza en la frecuencia de resonancia del resonador de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e. Los resonadores de anillos abiertos 5a, 5b, 5c, 5d y 5e, estando en acoplamiento magnético con el medio de propagación, confieren al medio de propagación un valor negativo de la permeabilidad efectiva en una región frecuencial angosta, extendiéndose la banda de paso 13 del filtro 11 en dicha región • donde coexisten valores negativos de . la permitividad y permeabilidad efectivas . Al objeto de obtener una banda de paso 13 con bajas pérdidas de inserción, el medio de transmisión planar 1 (guía de onda coplanar enterrada) debe diseñarse con valores de la anchura de las ranuras 9 y de la tira conductora 3 para proporcionar un valor de la impedancia
característica de dicho medio de transmisión planar 1 igual a 50Ω. El filtro 11 se puede realizar también mediante otras topologías de resonadores de anillos abiertos 5 y con diferentes tipos de geometrías de tales resonadores de anillos abiertos 5 (redonda, cuadrada, y poliédrica en general) . También es posible la realización del filtro 11 mediante resonadores de anillos abiertos complementarios 5 y gaps capacitivos en la tira conductora 3. La figura 4 muestra el gráfico correspondiente a la respuesta frecuencial 12 (perdida de inserción 12a y pérdida de retorno 12b) del filtro 11 descrito en la presente invención, con tres etapas de resonadores de anillos abiertos 5, donde se observan los bajos valores de pérdidas en la banda de paso 13 y el corte abrupto en las zonas de transición 14. También se pueden realizar filtros de rechazo de banda con un diseño idéntico al descrito pero sin uniones metálicas 6 entre la tira conductora 3 y los planos de masa metálicos 4. Con un diseño adecuado de las dimensiones de la estructura, las características de radiación de la misma son potenciadas permitiendo su empleo como antena elemental o en agrupación de las mismas como se muestra en la figura 5, en la que se observa un diagrama de radiación típico para una frecuencia de 6,5 GHz.
Claims
1. Filtro para microondas y ondas milimétricas, caracterizado por el hecho de que comprende un medio de transmisión planar (1) que incluye una tira conductora (3) , plano de masa metálico (4) y substrato dieléctrico (2) y por el hecho de que comprende por lo menos un resonador de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e y 5f) .
2. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d y 5e) son metálicos y están dispuestos en acoplamiento magnético con el medio de transmisión planar.
3. Filtro según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que existen uniones metálicas (6) entre la tira conductora (3) y el plano de masa metálico (4) , comportándose como un filtro pasa banda.
4. Filtro según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la tira conductora (3) está separada eléctricamente del plano de masa metálico (4) , comportándose como un filtro de rechazo de banda.
5. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los resonadores de anillos abiertos (5f) son metálicos y están dispuestos en serie con la tira conductora (3) .
6. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho medio de transmisión planar (1) está basado en líneas de transmisión convencionales (coplanar, microtira, cinta) o variantes de las mismas.
7. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e y 5f) están grabados en el plano de masa metálico (4) siendo su superficie la negativa de la de los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e y 5f) metálicos.
8. Filtro según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que para los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d y 5e) existen brechas capacitivas en la tira conductora (3) , comportándose como un filtro pasa banda.
9. Filtro según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que para los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d y 5e) , la tira conductora (3) presenta continuidad, comportándose como un filtro de rechazo de banda.
10. Filtro según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que para los resonadores de anillos abiertos (5f) , la tira conductora (3) presenta continuidad, comportándose como un filtro pasa banda.
11. Filtro según la reivindicación 1, 2 y 7, caracterizado por el hecho de que comprende resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d y 5e) metálicos en acoplamiento magnético con el medio de transmisión planar (1) y resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) grabados en el plano de masa metálico (4) .
12. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de los anillos abiertos (8) son de geometría circular o poliédrica, presentan una pluralidad de elementos metálicos y/o aberturas (7) grabados en uno o más niveles de metal.
13. Filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que presenta múltiples bandas de paso (13) o de rechazo, con ancho de banda controlable mediante el número de aberturas (7) y/o la disposición de los resonadores de anillos abiertos (5a, 5b, 5c, 5d, 5e y 5f) y/o de su geometría.
14. Filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que es reconfigurable electrónicamente e incorpora interruptores microelectrómecánicos (MEMS) .
15. Antena para microondas y ondas milimétricas que comprende por lo menos un filtro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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