MXPA05006079A - Filtro de paso de banda de microonda de tipo de linea de aleta. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se relaciona con un filtro de paso de banda de microondas de tipo de linea de aleta (FINLINE) que comprende una guia de onda 203 que se proporciona con un sustrato 204 aislante que se coloca en un plano E de la guia y que comprende sobre por lo menos una de las superficies, insertos 205 conductores conectados electricamente a las superficies internas de la guia las cuales soportan el sustrato y las cuales determinan por sus dimensiones y su colocacion sobre el sustrato una curva de respuesta de filtro de tipo Chebyshev. El filtro incluye por lo menos una cavidad 207 en corto circuito perpendicular respecto al sustrato, la colocacion y las dimensiones de la cavidad determinan una transmision cero sobre la curva respuesta de filtro para atenuar las frecuencias situadas alrededor de este cero. Tal filtro se utiliza en particular en terminales de transmision que operan en la banda Ka.

Description

FILTRO DE PASO DE BANDA DE MICROONDA DE TIPO DE LÍNEA DE ALETA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con filtros de paso de banda de microondas , más particularmente con filtros elaborados del plano E de tecnología de guía de onda con un inserto dieléctrico impreso, el filtro es adecuado para inserción en un subsistema de transmisión producido sobre un circuito impreso. Se aplica más particularmente a sistemas inalámbricos de telecomunicación que funcionan en el dominio milimétrico y que necesitan satisfacer requerimientos elevados de pureza espectral. En el contexto de las comunicaciones bidireccionales de banda ancha que utilizan un satélite geoestacionario en la banda Ka, es necesario utilizar, en los términos establecidos para el mercado de consumidores, un filtro de salida para atenuar las señales espurias o parásitas que se localizan fuera de la banda útil, típicamente de 29.5-30 GHz. Este filtro debe rechazar de manera más específica la frecuencia del oscilador que se localiza típicamente a 28.5 GHz. Para satisfacer los requerimientos del mercado de los consumidores, este filtro debe ser barato. Dados los requerimientos, se conoce el uso para esto de una tecnología de tipo de guia de onda de acuerdo con diversos métodos, en particular: filtros de cavidad de modo único o modo múltiple acoplados entre sí mismos los iris inductivo o capacitivo; - filtros de modo evanescente; - filtros de tipo de plano E con insertos metálicos o insertos dieléctricos impresos, comúnmente denominados LÍNEA DE ALETA. La tecnología básica utilizada en la presente invención se relaciona con el último de los de la lista y se ilustra en la figura 1. En la figura 1, una guía de onda 101 de microondas de sección rectangular se divide en dos partes idénticas por un sustrato 102 en plano dieléctrico situado en el plano de propagación E de esta guía. Este sustrato proporciona pocas pérdidas y es de espesor mínimo (menos de 0.2 mm, por ejemplo) de manera que no degrada el factor de calidad de la guía. No obstante, en esta figura y en las otras figuras, el espesor del sustrato se muestra muy agrandado para mejorar la legibilidad. El sustrato 102 comprende por lo menos uno de lados impresos con conductores 103 unidos eléctricamente a las superficies internas de la guía la cual sostiene al sustrato 102 y cuya topología determina la respuesta requerida para el filtro. Por sencillez, el término "insertos conductores" se utilizará para describir a aquellos conductores unidos eléctricamente a la guia. El beneficio principal de esta tecnología es que se puede incorporar e interconectar fácilmente con otras tecnologías planas, tal como la tecnología de microtira o microtira suspendida. Así, esto significa que la función de filtrado se puede incorporar en circuitos impresos en tablero principal del sistema de transmisión. La topología de filtro de paso de banda utilizada más comúnmente en las tecnologías que se representan en la figura 1 consiste en la utilización de n + 1 insertos conductivos conectados a tierra por estar enlazados eléctricamente a la superficie interna de la guía, en donde n es el orden del filtro. Estos insertos están separados a intervalos aproximadamente iguales a la mitad de la longitud de onda guiada y teóricamente están impresos sobre un solo lado del sustrato. No obstante, para minimizar la sensibilidad de la respuesta del filtro a la tolerancia de producción, los insertos preferiblemente se imprimen de manera general idénticos en ambos lados del sustrato, pero aún así se pueden conectar a las paredes internas de la guía . La curva de respuesta para los filtros de paso de banda que se obtiene de esta manera es del tipo de Chebyshev. Para obtener la selectividad espectral necesaria, teóricamente se puede utilizar un filtro de orden alto. El filtro obtenido de esta manera tiene dimensiones físicas grandes y es altamente sensible a errores de producción que se relacionan con su tamaño. Por lo tanto en la práctica es muy difícil o incluso imposible de fabricar. La presente invención propone una estructura nueva de un filtro de paso de banda de microonda el cual se puede utilizar en particular para corregir los problemas de tamaño y al mismo tiempo mantener los niveles de alto desempeño y bajos costos de producción. La presente invención se relaciona con un filtro de paso de banda de microonda de tipo de línea de aleta (FINLINE) que comprende una guía de onda que se proporciona con un sustrato aislante colocado en un plano E de la guía y que comprende sobre por lo menos una de sus superficies insertos conductores conectados eléctricamente a las superficies internas de la guía las cuales soportan al sustrato y las cuales determinan por sus dimensiones y su colocación sobre el sustrato una curva de respuesta de filtro de tipo Chebyshev, caracterizada porque comprende por lo menos una cavidad en corta circuito perpendiculares al sustrato, la colocación y las dimensiones de la cavidad determinan un cero de transmisión sobre la curva de respuesta de filtro para atenuar las frecuencias colocadas alrededor de este cero. El término "cero de transmisión" se utiliza para significar una atenuación total sobre la primera curva de respuesta de filtro, la atenuación se obtiene por una frecuencia dada. Preferiblemente, se proporcionan dos cavidades las cuales pueden ser de formas idénticas o diferentes, una en la entrada y otra en la salida del filtro. Cada cavidad tiene una longitud igual a la mitad de la longitud de onda guiada Xg/2 calculada a la frecuencia dada, la longitud de onda guiada depende de la sección de la guia. De acuerdo con una modalidad variante, se proporciona una sola cavidad con un medio para ajustar su frecuencia de resonancia a la frecuencia requerida, en la entrada de filtro. El medio de ajuste de la frecuencia de resonancia es, por ejemplo, un tornillo de ajuste. De acuerdo con otra característica de la presente invención, el filtro se conecta por un bucle inductivo (únicamente las lineas unidas a un circuito de procesamiento de tecnología de microtira) . El circuito de tecnología de microtira comprende, sobre el mismo sustrato aislante que el que recibe los insertos conductores, una línea de coincidencia de impedancia o una línea de un cuarto de onda y una línea de impedancia característica de 50 Ohm. De acuerdo con otra característica adicional de la invención, para reducir la longitud total del filtro, las cavidades en corto circuito se colocan perpendiculares a los bucles inductivos. Otras características y ventajas de la presente invención se volverán evidentes ante la lectura de la descripción de las diferentes modalidades, esta descripción se proporciona a los dibujos anexos, en los cuales: - la figura 1, ya descrita, muestra una vista en perspectiva esquemática de un filtro de paso de banda de plano E tipo de línea de aleta (FINLINE) de acuerdo con la técnica anterior, la figura 2 es una vista en perspectiva despiezada de un filtro de paso de banda de plano E tipo línea de aleta, de acuerdo con la primera modalidad de la presente invención, - la figura 3 es una vista a lo largo del plano XZ del filtro de la figura 2, - la figura 4 es una vista en planta desde la parte superior del sustrato aislante utilizado en el filtro de la figura 2, - las figuras 5? y 6 representan las curvas de reflexión y de transmisión respectivamente del filtro de la figura 2 y de un filtro estándar de paso de banda de plano E de tipo de linea de aleta de tercer orden, la figura 5B es una vista en perspectiva idéntica a la de la figura 2 que muestra el papel de la cavidad a la frecuencia que se va a rechazar, - la figura 7 es una vista en perspectiva de una segunda modalidad del filtro de paso de banda de plano E de tipo de linea de aleta, de acuerdo con la presente invención, - la figura 8 es una vista en planta desde la parte superior del sustrato aislante que se utiliza en el filtro de la figura 7, y - la figura 9 muestra las curvas de reflexión y transmisión del filtro de la figura 7. Para simplificar la descripción, las figuras, a los mismos elementos se les proporcionan las mismas referencias . Una primera modalidad de un filtro de paso de bada de plano E de tipo de linea de aleta, de acuerdo con la presente invención, se describe primero con referencia 2 a 6. Con referencia a las figuras 2 a 4, el filtro 200, de acuerdo con la invención comprende una base 201 y una cubierta 202, ambas elaboradas de metal. Se ha fundido una guia de onda 203 rectangular en la base y en la cubierta. De manera más especifica, se moldea en la base una mitad 203a incompleta de la guia de onda mientras que la otra mitad 203b incompleta se moldea en la cubierta, como se representa claramente en las figuras 2 y 3. De una manera conocida, la guia de onda se proporciona con un sustrato 204 dieléctrico delgado colocado longitudinalmente en el plano E de esta guia, es decir, en el plano XY de la figura 2. El lado superior del sustrato tiene cuatro insertos 205. Estos insertos 205 son insertos conductores que se forman por metalizaciones rectangulares relativamente amplias y están separadas entre si por una distancia generalmente igual a la mitad de la longitud de onda guiada. Para que la respuesta del filtro sea menos sensible a las tolerancias (variaciones) de producción, los insertos se pueden imprimir en ambos lados del sustrato. Como se representa en las figuras 2 y 4, se imprimen dos tiras 206 metalizadas sobre los bordes longitudinales de ambos lados del sustrato. Las tiras 206 incluyen perforaciones metalizadas, no representadas, las cuales se utilizan para proporcionar una continuidad perfecta de conexión a tierra entre las dos partes 203a y 203b de la guia de onda. La estructura descrita en lo anterior de puede utilizar para obtener una función de filtración de paso de banda de tipo Chebyshev. Las dimensiones y la colocación de. los insertos se determina de una manera conocida para obtener la curva de respuesta que se requiere. En este caso especifico, dado que existen cuatro insertos, el filtro es de orden 3. Además, de acuerdo con la presente invención, se moldean dos cavidades 207 en corto circuito en la cubierta 202 de manera que se encuentran perpendiculares al sustrato 204. Cada cavidad 207 es de una longitud igual a la mitad de la longitud de onda guiada Alg/2 calculada a la frecuencia dada (Fz), la longitud de onda guiada depende de la sección de la guia. Cada una de estas cavidades genera un cero de transmisión alrededor de la frecuencia (Fz) que se va a rechazar. Cada cavidad proporciona un corto circuito respectivamente en la frecuencia Fzl y Fz2 en el eje principal de la guia y, debido a esto, corta la transferencia de la señal casi por completo, como se muestra en la figura 5b, la cual representa las isoamplitudes del campo eléctrico en el filtro a esta frecuencia Fzl la cual corresponde a la cavidad de entrada. La segunda cavidad que se proporciona en la salida genera un cero de transmisión alrededor de la frecuencia Fz2 muy cerca de la frecuencia Fzl, como se puede observar en la curva 401' de la figura 5A. El uso de dos cavidades proporciona una banda de rechazo muy amplia alrededor de la frecuencia requerida para desviaciones y derivaciones de la respuesta de filtro debido a las tolerancias de producción. No obstante, también es posible considerar un filtro con una cavidad única de entrada, y esta cavidad se proporciona con un medio para ajustar la frecuencia Fz tal como un tornillo de ajuste. Además, como se muestra en las figuras 2 y 3, la transición entre la guia de onda y los circuitos de tecnología de microtira se produce en el mismo sustrato 204. De manera más especifica, esta transición comprende un bucle 210 inductivo que excita el modo fundamental de la guía. Este bucle se une a una línea 211 de coincidencia de impedancia producida utilizando tecnología de microtira sobre un extremo del sustrato 204, cuyo lado inferior ha sido metalizado o está en contacto con una base 201 metálica para formar un plano de conexión a tierra. La cubierta se proporciona con un rebajo 209 que se extiende hacia la mitad 203b incompleta superior de la guía de onda. La línea 211 de coincidencia de impedancia se extiende por una línea de 50 ohms de impedancia 212 característica que también se produce utilizando tecnología de microtira. Esta transición se realiza en ambos extremos de la guía de onda, como se muestra en las figuras. El filtro representado en la figura 2 corresponde a una modalidad particular implementada en una guía de onda estándar de tipo WR28 de sección de 3.556 x 7.112 mm2, que se proporciona con un sustrato dieléctrico de tipo Ro4003 barato, de 0.2 mm de espesor.

Este filtro es de orden 3, con cuatro insertos conductores y estos insertos se han calculado para obtener un paso de banda que se adapta al de una terminal tipo Ka, ó 29.5-30.0 GHz. Se simula un tipo de este filtro utilizando un simulador electromagnético HFSS/ANSOFT 3D. Los resultados de simulación se proporcionan en las figuras 5A y 6, respectivamente, en el caso de un filtro de acuerdo con la presente invención pero sin las dos transiciones de microtira/guía de onda y en el caso de un filtro de aleta convencional. La curva de respuesta de un filtro con únicamente insertos conductores es por lo tanto del tipo Chebyshev, y se representa por la curva 401 en la figura 6. Esta curva por lo tanto presenta una atenuación cero aproximadamente 28.50 GHz, como se muestra por la curva 401' de la figura 5A, en el caso de un filtro que se proporciona con dos cavidades en corto circuito de acuerdo con una modalidad de la invención. Cada una de las cavidades agregadas modifica las impedancias de puerto del filtro y, debido a esto, no coinciden. Esto se corrige por un cambio de tamaño de los insertos. Las curvas 402 y 402' representan las pérdidas de reflexión las cuales son muy bajas y las cuales demuestran una buena coincidencia con una impedancia de filtro de 50 ohms . Así, en base en los resultados que se proporcionan por las curvas de la figura 5, el filtro de paso de banda de plano E de tipo de linea de aleta proporciona los siguientes niveles de desempeño: pérdida de inserción de aproximadamente 0.8 dB coincidencia mayor a 25 dB atenuación de frecuencia a 28.55 GHz mayor de 45 dB atenuación de banda de imagen mayor de 40dB Otra modalidad de la presente invención ahora se describirá con referencia a las figuras 7 a 9. En este caso, el filtro 300 comprende una guia de onda 301 rectangular formada por dos medias partes 301a y 301b. Entre las dos medias partes, se monta un sustrato 304 aislante delgado, sobre el cual se han metalizado cuatro insertos 303 y el número y la anchura de los cuales determinan las características del filtro. El sustrato se coloca en el plano E de propagación del filtro. De acuerdo con un aspecto de la invención, el sustrato se extiende fuera de la parte de guia de onda por una parte 302 que recibe la linea de suministro de energía de tecnología de microtiras al igual que en la primera modalidad. Por lo tanto, la transición 302 incluye un bucle 305 inductivo seguido por una línea de coincidencia de impedancia y una línea de 50" ohms de tecnología de microtira. En estas modalidades, las cavidades en el corto circuito 306 se proporcionan directamente encima de los bucles 305 inductivos como se representan en las figuras 7 y 8. Esta posición especifica se puede utilizar para compactar adicionalmente el filtro. Esta modalidad se simula como se describe en lo anterior. Se obtiene las curvas de la figura 9, entre las cuales la curva 501 muestra una atenuación cero mayor de 50 dB para la frecuencia de 28.50 GHz. La otra curva 502 representa las pérdidas de reflexión y demuestra la buena impedancia del filtro. La presente invención se puede aplicar a dos tipos de filtros de paso de banda de microondas de tipo de linea de aleta diferentes a las descritas especifreamente en lo anterior. Es evidente para una persona experta en la técnica que el filtro de paso de bandas de plano E de tipo de linea de aleta de acuerdo con la presente invención proporciona muchas ventajas. En particular, es más compacto y menos sensible a las tolerancias de producción que un filtro de linea de aleta convencional y, al ser compatible con el circuito impreso sobre la tecnología de sustrato orgánico proporciona pérdidas de inserción mucho menores y se obtiene a un costo mucho más bajo en comparación con los filtros convencionales. El filtro de acuerdo con la presente invención se puede incorporar en particular en una unidad externa de transmisión (ODU) de una terminal de usuario para eliminar, en particular, el componente residual en la banda de transmisión el cual no debe ser radiado por la terminal. En este caso, la unidad externa incluye por lo menos un mezclador de subarmónica que se recibe sobre una entrada de la señal de RF, es decir, una señal en la banda de 0.95-1.45 GHz para operación en la banda Ka, desde la unidad interna y, sobre la otra entrada, una señal desde un oscilador local que opera en la banda Ku, la salida del mezclador se envía al filtro de paso de banda de tipo de línea de aleta como se describe en lo anterior. Es evidente para una persona experta en la técnica que el filtro de la presente invención también se puede utilizar en sistemas diferentes a las terminales de usuario descritas en lo anterior.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un filtro de paso de banda de microondas del tipo de linea de aleta (FINLINE) , que comprende una guia de onda que se proporciona con un sustrato aislante que se coloca en un plano E de la guia y que comprende sobre por lo menos uno de sus lados insertos conductores conectados eléctricamente a las superficies internas de las guias la cual soporta al sustrato y la cual determina por sus dimensiones y su colocación sobre el sustrato una curva de respuesta de filtro de tipo Chebyshev, el filtro está caracterizado porque comprende por lo menos una cavidad en corto circuito, perpendicular al sustrato, la posición y el tamaño de la cavidad determina un cero de transmisión sobre la curva de respuesta de filtro para atenuar las frecuencias situadas alrededor de este cero.

2. El filtro como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dos cavidades de formas idénticas o diferentes.

3. El filtro como se describe en la reivindicación 2, caracterizado porque las dos cavidades se proporcionan una en la entrada y otra en la salida del filtro .

4. El filtro como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una cavidad que se proporciona con un medio de ajuste de frecuencia, la cavidad de proporciona en la entrada del filtro.

5. El filtro como se describe en la cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cavidad es de una longitud igual a la mitad de la longitud de onda guiada calculada en el cero de frecuencia de transmisión .

6. El filtro como se describe en las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la conexión del filtro a los circuitos de procesamiento en la entrada y la salida se realiza por un bucle inductivo.

7. El filtro como se describe en la reivindicación 6, caracterizado porque los circuitos de procesamiento se producen en tecnología de microtira e incluyen en el mismo sustrato como aquel que recibe los insertos, una línea de coincidencia de impedancia y una línea de impedancia característica de 50 ohmios.

8. El filtro como se describe en una de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque la cavidad se coloca perpendiculármente a un bucle inductivo.

9. Una unidad externa para una terminal de transmisión que comprende por lo menos un mezclador subarmónico y .un oscilador local que opera a una frecuencia dada (OL) , el mezclador recibe en una primera entrada una señal para ser enviada, y en una segunda entrada la señal desde el oscilador local, caracterizado porque la salida del mezclador se conecta a un filtro de paso de banda de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8 para atenuar la frecuencia.