CONCENTRADOS

La presente invención se refiere a filtros planares de microondas y de ondas milimétricas implementados mediante líneas de transmisión y etapas acopladas que contienen resonadores concentrados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidas estructuras basadas en resonadores distribuidos para la síntesis de filtros de microondas y de ondas milimétricas, ya sean de rechazo de banda, pasa banda, de paso alto o de paso bajo. Dichas estructuras se basan en el hecho de que para determinadas frecuencias se producen resonancias dinámicas, a partir de las cuales, y mediante un acoplo conveniente entre los resonadores que forman la estructura, es posible la generación de las respuestas antes mencionadas. En estas estructuras las dimensiones escalan con la longitud de onda a la frecuencia característica del filtro, y además se producen bandas de frecuencia espurias, estando éstas relacionadas con la dependencia periódica de los parámetros eléctricos de la estructura, tales como la impedancia de línea, con la frecuencia.

También son conocidas estructuras de filtrado frecuencial basadas en líneas de transmisión y en resonadores de anillos abiertos y/o en resonadores de anillos abiertos complementarios y topologías de ellos derivadas. En tales estructuras, los resonadores de anillos abiertos o los resonadores de anillos abiertos complementarios se disponen de manera tal que se produzca un determinado acoplamiento magnético y/o eléctrico entre

dichos resonadores y las líneas de transmisión, de forma que en la vecindad de la frecuencia de resonancia de los mencionados resonadores se producen bandas de rechazo o de paso, siendo necesario en este último caso que además se introduzcan elementos adicionales tales como brechas capacitivas (en inglés, "gaps capacitivos") en configuración serie con la línea de transmisión y/o uniones metálicas entre la tira conductora y el plano de masa metálico. En estas estructuras, se consiguen respuestas frecuenciales selectivas en frecuencia, pero en ningún caso se tiene control sobre la respuesta frecuencial, que permita sintetizar respuestas conocidas

(o aproximaciones estándar) con ancho de banda controlable. También son conocidos filtros pasa banda basados en resonadores concentrados pero su nivel de rechazo por encima de la banda de paso es limitado y especialmente bajo para filtros con gran ancho de banda.

Una limitación de las mencionadas estructuras basadas en resonadores distribuidos para su uso como filtros es el hecho de que sus dimensiones pueden ser considerables por cuanto éstas dependen de la longitud de onda a la frecuencia característica del filtro. Además, en tales estructuras se producen bandas de frecuencia espurias que pueden ocurrir a frecuencias relativamente cercanas a la banda de interés. Por otra parte, los anchos de banda que se pueden alcanzar están limitados o bien presentan el inconveniente de la proximidad de los espurios antes mencionada. Una limitación de las mencionadas estructuras basadas en resonadores de anillos abiertos o de anillos abiertos complementarios, radica en el hecho de que mediante tales estructuras no se controla a voluntad el ancho de banda, o el nivel de rechazo fuera de la banda de paso, o la selectividad frecuencial, o al menos no se

controla de forma simultánea.

Otra importante limitación de todas las estructuras mencionadas anteriormente se refiere al hecho de que mediante las mismas es difícil conseguir sintetizar respuestas con grandes anchos de banda, tales como los necesarios en aplicaciones de banda ultra ancha (en inglés, "UWBPF, ultra wide band pass filters") , que pueden estar por encima del 50% o incluso muy superiores y que requieren que las bandas espurias estén alejadas de la banda de paso del filtro.

Para la generación de respuestas con gran ancho de banda son conocidas estructuras basadas en la disposición en cascada de celdas consistentes en elementos concentrados mediante los cuales se obtienen respuestas de paso alto y de paso bajo, pero en ningún caso dichas celdas consisten en resonadores concentrados, mediante los cuales se consiga controlar a voluntad el ancho de banda gracias al nivel de acoplamiento entre los mismos .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, referidos a las estructuras basadas en líneas de transmisión y en resonadores de anillos abiertos, desarrollando filtros operativos a frecuencias de microondas y ondas milimétricas, basados en resonadores concentrados, en los cuales se puede controlar el ancho de banda y la respuesta frecuencial, y pueden ser implementados en tecnología planar, ya sea en substratos de microondas o milimétricas de bajas pérdidas, en substratos multicapa, o bien mediante tecnologías microelectrónicas de fabricación.

De acuerdo con este objetivo, los filtros de la presente invención se caracterizan por el hecho de que

comprenden un medio de transmisión planar, o línea de transmisión, que comprende una tira conductora, plano de masa metálico y substrato dieléctrico, por el hecho de que comprende al menos un resonador concentrado y un elemento adicional para el control del ancho de banda del filtro

(típicamente una conexión metálica entre la tira conductora y el plano de masa metálico) y por el hecho de que se controla el nivel de acoplamiento entre los resonadores que forman parte del filtro, ya sea mediante el uso de secciones de línea de transmisión de anchura y/o longitud eléctrica controlable, o mediante gaps capacitivos, en todos los casos emulándose un inversor de admitancias para controlar el citado nivel de acoplamiento. Estas características permiten realizar filtros de reducidas dimensiones, debido a que las dimensiones de los resonadores de anillos concentrados son menores que la longitud de onda a la frecuencia de resonancia de los mismos. Además, gracias a la combinación de los citados resonadores concentrados con elementos adicionales tales como uniones metálicas entre el plano de masa metálico y la tira conductora, se consigue controlar el ancho de banda de los filtros e incluso se puede controlar de forma efectiva el nivel de selectividad en la banda de transición superior, o bien se pueden eliminar bandas espurias, gracias a la presencia de uno o más ceros de transmisión, cuya posición se puede controlar a voluntad.

Además, en la medida que los dieléctricos y metales utilizados para su fabricación tengan bajos niveles de pérdidas y resistividad, respectivamente, los filtros objeto de la presente invención presentan bajas pérdidas de inserción en la banda de paso, su diseño es simple y su proceso de fabricación es compatible con las tecnologías de fabricación de circuitos impresos e integrados.

Preferiblemente los resonadores concentrados consisten en una tira metálica dispuesta entre la tira conductora y una sección metálica grabada en la parte superior o inferior del substrato, a modo de elemento capacitivo conectado al plano de masa metálico. Dicha configuración emula un resonador LC serie dispuesto en configuración de derivación entre la tira conductora y el plano de masa metálico. Para conseguir controlar el ancho de banda de forma efectiva, además se dispone un elemento metálico (en inglés, "stub") a modo de inducción entre la tira conductora y el plano de masa metálico. Además se controla el acoplamiento entre los diferentes resonadores que forman la estructura mediante inversores de impedancia que pueden ser implementados mediante líneas de transmisión de una longitud eléctrica de 90°. Para compactar la estructura, tales líneas de transmisión se pueden grabar mediante meandros.

Alternativamente, los inversores de impedancia se pueden implementar mediante líneas de transmisión de anchura controlable, o bien mediante gaps capacitivos dispuestos entre resonadores adyacentes.

Preferiblemente, la línea de transmisión planar es de tipo microtira (en inglés, "microstrip") , coplanar, cinta (en inglés "stripline") , o variantes de las mismas. Gracias a esta característica, los filtros se pueden implementar en cualquier tipo de tecnología planar, compatible con los procesos de fabricación de circuitos impresos o integrados.

Ventajosamente, los filtros de la presente invención permiten sintetizar respuestas con bandas de paso ultra anchas y con la presencia de espurios frecuenciales alejados de la banda frecuencial de interés. Adicionalmente, se puede añadir en las etapas de entrada y/o salida del filtro resonadores de anillos cortados o resonadores de anillos cortados complementarios para

eliminar dichos espurios frecuenciales,

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa una realización preferida de los filtros objeto de la presente invención y la respuesta frecuencial correspondiente. En dichos dibujos, la figura 1 muestra en perspectiva un medio de transmisión planar consistente en una línea microstrip; la figura 2 muestra una realización preferida para un filtro pasa banda de tres etapas de resonadores concentrados; la figura 3 muestra un gráfico de la respuesta frecuencial del filtro de la invención correspondiente a la realización preferida.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

La figura 1 de la presente invención muestra una estructura de medio de transmisión planar 1 tipo microstrip, con substrato dieléctrico 2 entre el plano de masa metálico 3 y la tira conductora 4. Alternativamente, el medio de transmisión planar puede ser de tipo coplanar o de cinta. Para la realización de filtros de altas prestaciones es conveniente el uso de substrato dieléctrico 2 con bajas pérdidas dieléctricas para obtener respuestas frecuenciales con las menores pérdidas posibles en la banda de paso de los mencionados filtros. La figura 2 muestra la topología de un filtro 5

con estructura microstrip en la que el acoplamiento entre resonadores 6 se realiza mediante líneas de transmisión 7 de longitud eléctrica de 90° y con meandros 8 para conseguir una mayor compactación. En dicha topología, mediante la cual se consigue sintetizar una respuesta tipo pasa banda, se aprecian además las uniones metálicas 9 entre la tira conductora 4 y el plano de masa metálico 3. Para conseguir dicha unión se practican vías metálicas 10 en el extremo de dicha unión. También se aprecian los resonadores LC serie 11, dispuestos en derivación, y consistentes en una unión metálica entre la tira conductora 12 y una sección metálica cuadrada 13, o de cualquier otro tipo de geometría. El diseño del filtro 5, con respuesta tipo pasa banda, se basa en el hecho de que mediante la estructura formada por las uniones metálicas 9 entre la tira conductora 4 y el plano de masa metálico 3 y los resonadores LC serie 11 dispuestos en derivación, se consigue poder controlar el ancho de banda de la etapa que contiene estos elementos, y la presencia de un cero de transmisión por encima de la banda, que permite controlar la selectividad frecuencial por encima de la misma o el rechazo de espurios. Además, tal ancho de banda se controla mediante el acoplo entre las mencionadas etapas en base a líneas de transmisión 7, las cuales pueden presentar meandros 8 al efecto de compactar las dimensiones de la estructura. Alternativamente, tal acoplo se puede conseguir mediante gaps capacitivos

El filtro se puede realizar también mediante resonadores LC serie 11 consistentes en una unión metálica entre la tira conductora y el plano de masa metálico, practicando en dicho plano una abertura circular o de geometría poliédrica a modo de anillo en la región de contacto, de manera que la región metálica que queda contenida dentro de ella esté acoplada capacitivamente al resto del plano de masa metálico, comportándose dicha

abertura (anillo) como una capacidad.

Alternativamente el filtro se puede implementar mediante cualquier otro tipo de medio de transmisión planar, ya sea coplanar, cinta o variantes de los mismos, o mediante substratos con varios niveles de metal .

La figura 3 muestra el gráfico correspondiente a la respuesta frecuencial 14 del filtro 5 descrito en la presente invención, donde se observan los bajos valores de pérdidas en la banda de paso 15 y el corte abrupto en las bandas de transición 16.

A pesar de que se ha descrito y representado una realización concreta de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.