Un filtro coplanario de guía de ondas, que comprende:

un substrato dieléctrico (1),

al menos un resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas, formado sobre una superficie de dicho substrato dieléctrico (1), por una primera línea conductora central (2R1 a 2R4) y un primer y un segundo conductores (3a, 3b) de tierra que están formados sobre el substrato dieléctrico (1) en lados opuestos de la primera línea conductora central (2R1 a 2R4), respectivamente, definiendo dichos primer y segundo conductores (3a, 3b) entre ellos una separación (d1) del primer conductor de tierra,

una sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida, que está formada sobe dicha superficie del substrato dieléctrico (1), por una segunda línea conductora central (24a, 24b) y un tercer y cuarto conductores de tierra, formados integradamente con dichos conductores (3a, 3b) de tierra, respectivamente, y dispuestos en lados opuestos de la segunda línea conductora central (24a, 24b), respectivamente, definiendo dichos tercer y cuarto conductores de tierra entre ellos una segunda separación (dio)del conductor de tierra; y

un acoplador capacitivo (6a, 6c) formado por las partes finales (51, b1; 52, b2) de dichas primera y segunda líneas conductoras centrales (2R1 a 2R4, 24a, 24b) opuestas entre sí, para efectuar el acoplamiento capacitivo entre la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida y el resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas,

donde una entre la separación (d1) del primer conductor de tierra y la anchura (w1) de la primera línea conductora central (2R1 a 2R4) del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas es mayor que el correspondiente de la separación (dio) del segundo conductor de tierra y la anchura (wio) de la segunda línea conductora central (24a, 24b) de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida,

caracterizado porque

las partes finales opuestas (51, b1; 52, b2) de dicha primera y segunda líneas conductoras centrales (2R1 a 2R4, 24a, 24b) que forman el acoplador capacitivo (6a, 6c) se expanden ambas en la dirección de la anchura de las mismas; y

el resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas tiene una impedancia característica que es mayor que la impedancia característica de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida

Filtro coplanario de guía de ondas y método de fabricación del mismo.

Antecedentes de la invención

La presente invención está relacionada con un filtro coplanario de guía de ondas, que se utiliza en la separación selectiva de señales en una banda de frecuencias particular del campo de una comunicación de móviles, comunicación vía satélite, comunicación fija por microondas y otras tecnologías, en particular con tal filtro construido con una línea coplanaria.

Recientemente, se ha propuesto utilizar un filtro coplanario de guía de ondas construido con líneas coplanarias, como filtro que se usa en la separación de señales en la transmisión y recepción de una comunicación por microondas. El concepto de línea coplanaria se describirá con referencia a la figura 1.

En la figura 1, formado sobre un substrato dieléctrico 1, hay un conductor central 2 en forma de cinta y un primer y un segundo conductores 3a y 3b de tierra, dispuestos sobre lados opuestos del conductor central 2, con una separación igual entre ellos. Los tres miembros que incluyen el conductor central 2, el primer y segundo conductores 3a y 3b, están formados paralelamente y coplanarios entre sí, sobre una superficie común del substrato dieléctrico 1. La línea coplanaria tiene características tales que no se requieren orificios pasantes para formar un acoplador inductivo, que es posible una miniaturización sin cambiar la impedancia característica y que hay disponible una mayor libertad de diseño. Indicando con w la anchura del conductor central 2, y con s la separación entre el conductor central 2 y cada uno de los primer y segundo conductores 3a y 3b, la línea coplanaria tiene una impedancia característica que está determinada por la anchura w de la línea del conductor central 2 y la separación d(w+2s) entre el primer y el segundo conductores 3a y 3b de tierra.

Haciendo referencia a las figuras 2A a 2C, se describirá ahora un ejemplo convencional de un filtro coplanario de guía de ondas, donde hay dispuestos sobre una línea un primer a un cuarto resonadores 5a a 5d. Cada resonador comprende un conductor central 2 que tiene una longitud eléctrica equivalente a un cuarto de longitud de onda y un primer y un segundo conductores 3a y 3b, dispuestos sobre los lados opuestos y paralelos al conductor central 2 y separados de él por la separación s, que están formados sobre la superficie común de un substrato dieléctrico 1.

Una primera sección 4a de terminales de entrada/salida de una guía de ondas coplanaria, a la cual se introduce una señal, está capacitivamente acoplada a un primer resonador 5a. En el ejemplo ilustrado, un extremo de una línea conductora central 2_4a de la primera sección 4a de terminales de entrada/salida y un extremo de una línea conductora central 2_R1 de un primer resonador 5a, están dispuestos en una relación de acoplamiento mutuo, en la forma de las púas de un peine y separadas por el hueco g1, con el fin de reforzar el acoplamiento capacitivo, formando así un primer acoplador capacitivo 6a. El otro extremo de la línea conductora central 2_R1 y un extremo de la línea conductora central 2_R2 de un segundo resonador 5b, están conectados conjuntamente por conductores 7a1 y 7a2 de línea de cortocircuito, que están conectados a un primer y un segundo conductores 3a y 3b de tierra, respectivamente, formando así un primer acoplador inductivo 8a entre el primer y el segundo resonadores 5a y 5b.

En el primer y segundo conductores 3a y 3b de tierra se forman unos cortes 20 en cada uno de los lados de los conductores 7a1 y 7a2 de línea de cortocircuito, por lo que los conductores 7a1 y 7a2 de la línea de cortocircuito quedan aparentemente ampliados, aumentando el grado de acoplamiento del primer acoplador inductivo 8a. Se dispone un hueco g2 entre el otro extremo de la línea conductora central 2_R2 del segundo resonador 5b y un extremo de una línea conductora central 2_R3 de un tercer resonador 5c, por lo que el segundo y el tercer resonadores 5b y 5c están acoplados conjuntamente por medio de un segundo acoplador capacitivo 6b.

El otro extremo de la línea conductora central 2_R3 y un extremo de una línea conductora central 2_R4 de un cuarto resonador 5d, quedan conectados conjuntamente por conductores de línea de cortocircuito (no se ilustran signos de referencia) y conectados a conductores 3a y 3b de tierra, por lo que el tercer y cuarto resonadores 3c y 5d quedan acoplados conjuntamente por medio de un segundo acoplador inductivo 8b. En el segundo acoplador inductivo 8b, se forman también cortes en los conductores 3a y 3b de tierra.

El cuarto resonador 5d y una segunda sección 4b de terminales de entrada/salida quedan capacitivamente acoplados. Específicamente, el otro extremo de la línea conductora central 2_R4 y un línea conductora central 2_4b de la segunda sección 4b de terminales de entrada/salida, están formados con una configuración de púas de peine entrelazadas y dispuestas en una relación de oposición y separadas por un hueco g3, formando así un tercer acoplador capacitivo 6c que proporciona un fuerte acoplamiento entre ellos.

Como se menciona anteriormente, la impedancia característica de la línea coplanaria está determinada por la anchura w de la línea conductora central y la separación d(w+2s) de los conductores de tierra, entre el primer y segundo conductores 3a y 3b de tierra. Sin embargo, los resonadores 5a, 5b, 5c y 5d, que forman conjuntamente un filtro de guía de ondas convencional, tiene una impedancia característica de 50O que es la misma que la impedancia característica de diversos dispositivos conectados a la sección 4 de terminales de entrada/salida para facilidad del diseño. (Véase por ejemplo, el artículo de H.Suzuki, Z. Ma, Y.Kobayashi, K. Satoh, S.Narashima y T.Nojima: "A low-loss 5 GHz bandpass filter using HTS quarter-wavelength coplanar waveguide resonators" ("Un filtro de paso de banda de 5 GHz de baja pérdida que utiliza resonadores coplanarios HTS de guías de onda de un cuarto de longitud de onda"), en IEICE Trans. Electron., vol. E-85-C, Núm. 3, páginas 714-719, de Marzo de 2002).

Consecuentemente, en la práctica de formación del filtro coplanario de guía de ondas, se forma un diseño tal como el ilustrado en la figura 1A, por medio del decapado de películas conductoras sobre un substrato dieléctrico, diseñando un filtro que satisface una respuesta pretendida del filtro con una impedancia característica de 50O, al tiempo que se elige una separación d₁ de conductores de tierra y una línea conductora central de anchura w₁ de una sección de terminales de entrada/salida, que son iguales a una separación d₂ de conductores de tierra y una anchura w₂ de una línea conductora central de un resonador, respectivamente. Se alimenta potencia al filtro coplanario resultante de guía de ondas y se determina una máxima potencia de entrada de manera que la pérdida de potencia que tiene lugar es igual o menor que un valor dado o si se utiliza un material superconductor para formar una película conductora que ha sido decapada, se determina una entrada máxima de potencia para evitar la pérdida del estado superconductor. En otras palabras, no podría determinarse un nivel de potencia de entrada máxima hasta después de haber formado un filtro.

La figura 3 muestra gráficamente una distribución de densidad de corriente de un filtro coplanario convencional de guía de ondas. En la figura 3, el eje X representa la dirección de la longitud de la línea coplanaria, mientras que el eje Y representa una dirección ortogonal a ella, y una densidad de corriente en una coordenada dada está indicada a lo largo de la ordenada. Se apreciará en la figura 3 que la densidad de corriente sobre la línea 9 del borde (indicada en líneas gruesas) del primer y segundo acopladores inductivos 8a y 8b, como se describirá más adelante, y esto ha sido un factor esencial que origina un aumento de la pérdida de potencia.

La densidad de corriente supone un valor máximo de alrededor de 2200 A/m en el primer acoplador inductivo 8a, que está situado a una distancia de alrededor de 8,5 mm desde la entrada de la línea coplanaria, y también en el segundo acoplador inductivo 8b, que está situado a una distancia de alrededor de 20 mm desde la entrada. La figura 4 muestra gráficamente una distribución de la densidad de corriente del primer acoplador inductivo 8a, a una escala ampliada. La posición a lo largo del eje X ilustrada en la figura 4, representa una longitud referenciada a un extremo...

1. Un filtro coplanario de guía de ondas, que comprende:

donde una entre la separación (d₁) del primer conductor de tierra y la anchura (w₁) de la primera línea conductora central (2_R1 a 2_R4) del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas es mayor que el correspondiente de la separación (d_io) del segundo conductor de tierra y la anchura (w_io) de la segunda línea conductora central (2_4a, 2_4b) de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida,

caracterizado porque

las partes finales opuestas (51, b1; 52, b2) de dicha primera y segunda líneas conductoras centrales (2_R1 a 2_R4, 2_4a, 2_4b) que forman el acoplador capacitivo (6a, 6c) se expanden ambas en la dirección de la anchura de las mismas; y

el resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas tiene una impedancia característica que es mayor que la impedancia característica de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida.

2. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que el filtro comprende una pluralidad de dichos resonadores coplanarios (5a a 5d) de guía de ondas, estando acoplados al menos una pareja resonadores (5a a 5d) de guía de ondas conjuntamente, por medio de un acoplador inductivo (8a, 8b), donde dicho acoplador inductivo (8a, 8b) incluye conductores (7_a1, 7_a2) de línea de cortocircuito, cada uno con una longitud (L) que es igual a la separación entre los primer y segundo conductores (3a, 3b) de tierra y la primera línea conductora central (2_R1 a 2_R4) del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas.

3. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que la separación (d₁) del primer conductor de tierra del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas es mayor que la separación (d_io) del segundo conductor de tierra de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida y en el cual la relación k de la anchura (w₁) de la primera línea conductora central (2_R1 a 2_R4) con respecto a la separación (d₁) del primer conductor de tierra del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas satisface la relación 0,20 =q k =q 0,70.

4. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que el acoplador capacitivo (6a, 6c) que acopla la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida y el resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas sirven también como convertidor de impedancias que adapta las dos impedancias características.

5. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que la separación (d₁) del primer conductor de tierra es mayor que la separación (d_io) del segundo conductor de tierra, siendo la anchura (w₁) de la primera línea conductora central (2_R1 a 2_R4) del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas, igual a la anchura (w_io) de la segunda línea conductora central (2_4a, 2_4b) de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida.

6. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que la anchura (w_io) de la segunda línea conductora central (2_4a, 2_4b) con respecto a la separación (d_io) del primer conductor de tierra de la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida es igual a 0,54, mientras que la relación k de la anchura (w₁) de la primera línea conductora central (2_R1 a 2_R4) con respecto a la separación (d₁) del primer conductor de tierra del resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas, satisface la relación 0,54 =q k =q 0,65.

7. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, en el que el resonador coplanario (5a a 5d) de guía de ondas y la sección coplanaria (4a, 4b) de terminales de entrada/salida están formados por un material superconductor.

8. Un filtro coplanario de guía de ondas, según la reivindicación 1, que comprende además: