Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, que comprende un medio de transmisión planar (100) con una tira metálica conductora principal (1),

un sustrato dieléctrico (3) y un plano de masa metálico (2); una celda híbrida (200) con un resonador de anillos abiertos (7), una tira metálica (5) con vía (6) y gaps capactivos (4); y un conjunto (300) que comprende una tira metálica (9) perpendicular a la tira metálica conductora principal (1) y a una tira metálica (12), conectadas al plano de masa metálico (2) mediante vía (10) en paralelo, y un parche metálico (11) emplazado únicamente sobre el plano superior; donde la tira metálica (12) se encuentra dividida a la salida en dos tiras (121, 122) idénticas y simétricas.

Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, implementado en tecnología planar con capacidad de actuar simultáneamente como filtro de microondas de banda ancha. Dicho dispositivo divisor de potencia está basado en la denominada celda híbrida basada en líneas de transmisión metamaterial y una etapa semi-discreta (“semi-lumped”) , basando su funcionamiento en el concepto de auto-transformador o transformador inductivo.

Antecedentes de la invención

El uso de elementos circuitales con capacidades filtrantes en aplicaciones de microondas es bien conocido y está suficientemente documentado en la bibliografía. Estos elementos consisten en circuitos capaces de permitir el paso de la señal dentro de unos rangos de frecuencia predeterminados, evitando su transmisión a cualquier otro rango de frecuencia. Para su síntesis en tecnología planar, existen dos posibles aproximaciones al problema. La primera de ellas es la solución convencional, en la que se diseñan filtros mediante metodologías de síntesis estándar tales como los filtros de líneas acopladas. La segunda consiste en la utilización del modelo resonante metamaterial para la síntesis de filtros con respuestas estándar. Dentro de esta segunda aproximación al problema, los resonadores metamaterial han generado un amplio campo de posibilidades en cuanto al diseño de dispositivos más compactos y con mejores prestaciones. En la bibliografía existe un numeroso catálogo de resonadores metamaterial diseñados en tecnología planar con diferentes características, cada una de ellas apropiada para diferentes aplicaciones en al ámbito del diseño de microondas. Sin embargo, la mayoría están inspiradas en el resonador de anillos abiertos SRR o su partícula complementaria el CSRR. Dentro de estos, la conocida como partícula híbrida, basada en el resonador de anillos abiertos complementario, se ha postulado como una alternativa altamente efectiva para la síntesis de filtros pasa-banda debido a su compacto tamaño y su característica en transmisión de altas prestaciones. Por lo tanto, ha sido utilizada para la síntesis de filtros pasa-banda en numerosos trabajos y con resultados altamente efectivos.

Otro problema a menudo presente en el campo del diseño de microondas es la división de potencia. En este caso el requerimiento consiste en dividir la potencia de entrada en un dispositivo en dos señales de salida de idéntica potencia. Para su implementación, existen numerosas soluciones convencionales bien conocidas basadas en el diseño de acopladores híbridos o el uso de redes de adaptación tales como el auto-transformador inductivo. Sin embargo, no es muy común la implementación conjunta de ambas funcionalidades en un único dispositivo. Es decir, la implementación de un único elemento circuital pasivo capaz de realizar tareas de filtrado de la señal simultáneamente con la división de potencia en dos salidas idénticas. Si bien dichos elementos con doble funcionalidad no son muy comunes en el ámbito de las microondas debido a su complicado diseño en cuanto a su relación prestaciones-tamaño, la presente solicitud de patente consigue de manera exitosa ambas funcionalidades, a través de un dispositivo divisor de potencia con un alto nivel de eficacia y obteniendo a su vez un alto grado de compactación mediante la unión de la celda híbrida basada en el resonador de anillos abiertos complementario (CSRR) y el concepto de auto-transformador inductivo.

Descripción de la invención

La presente invención trata de un dispositivo divisor de potencia, con capacidad para realizar

simultáneamente funciones de filtrado de señal con características de banda ancha y división de potencia

a frecuencias de microondas y milimétricas en un medio de transmisión planar.

De acuerdo con este objetivo, el dispositivo divisor de potencia de la presente invención comprende un medio de transmisión planar con una tira conductora, un plano de masa y un sustrato dieléctrico. Esto permite realizar división de potencia simultáneamente con el filtrado de la señal, lo que se traduce en una reducción del número de dispositivos requeridos.

Con conexión directa a este medio de transmisión planar, el dispositivo divisor de potencia comprende una celda híbrida que realiza la función filtrante del dispositivo. La celda híbrida comprende un resonador de anillos abiertos complementario grabado sobre el plano de masa, una conexión directa de la tira conductora principal con el plano de masa mediante una tira metálica provista de vía y gaps capacitivos grabados sobre la tira conductora principal.

Un tercer conjunto dispuesto en el dispositivo comprende una tira metálica conectada a masa mediante vía en paralelo con un parche metálico capacitivo, para crear una etapa semi-discreta (“semilumped”) . De este modo, se implementa la división de potencia en el dispositivo mediante el concepto de auto-tranformador inductivo.

Por último, en la etapa de salida, la tira metálica conductora se encuentra dividida en dos tiras idénticas y simétricas.

La celda híbrida realiza la función filtrante del dispositivo. Dicha celda se corresponde con un filtro pasa banda de orden 3. La tira conductora consta de dos gaps capacitivos situados uno a cada lado de la tira metálica conductora conectada con el plano de masa mediante vía. A su vez, dichos gaps capacitivos están centrados sobre el resonador de anillos abiertos complementario grabado en el plano de masa y separados de este mediante el sustrato dieléctrico.

Existe cierto nivel de acoplo directo entre la entrada y la salida de dicha celda híbrida que da lugar a la aparición de un cero de transmisión por debajo de la banda de interés.

Ventajosamente, dicho cero de transmisión por debajo de la banda de interés es utilizado para aumentar la selectividad del filtro en su frecuencia de corte inferior.

La etapa semi-discreta (“semi-lumped”) realiza la función de implementar la división de potencia en el dispositivo mediante el concepto de auto-transformador. Para ello, la etapa de salida se conecta directamente sobre la tira metálica unida al plano de masa mediante vía de la presente etapa semidiscreta (“semi-lumped”) a la distancia exacta de la tira conductora determinada mediante diseño.

Ventajosamente, la adición de la etapa semi-discreta (“semi-lumped”) al dispositivo incrementa el orden del filtro a orden 4, aumentando en consecuencia su selectividad.

Además, la presencia de la tira metálica conectada a masa mediante vía (inductancia) en paralelo con un parche metálico capacitivo provoca la aparición de un cero de transmisión por encima de la banda de paso.

Ventajosamente, dicho cero de transmisión puede ser utilizado para la eliminación de bandas espurias a frecuencias superiores a la de interés.

Además, es posible realizar divisores de dimensiones muy reducidas, debido a que las dimensiones de los resonadores de anillos abiertos complementarios son mucho menores que la longitud de onda a la frecuencia de trabajo de los anillos.

A su vez, es posible implementar anchos de banda grandes gracias al comportamiento en transmisión de la celda híbrida.

Dicho dispositivo divisor de potencia presenta una elevada selectividad como consecuencia del elevado orden del dispositivo total.

Dichos dispositivo divisor de potencia presenta bajas pérdidas de inserción, su diseño es simple y su proceso de fabricación es compatible con las tecnologías de fabricación de circuitos impresos e integrados.

Preferiblemente, los resonadores de anillos abiertos complementarios son grabados sobre el plano de masa y consisten en anillos concéntricos con aberturas opuestas (mismo nivel) . Se incluyen también los resonadores abiertos complementarios en espiral o con topologías cuadradas o poliédricas.

El medio de transmisión planar está basado en líneas de transmisión convencionales (microtira, coplanar, cinta) o variantes de las mismas. Gracias a esta característica, el divisor de potencia se puede implementar en cualquier otro tipo de medio de transmisión compatible con las tecnologías de circuitos impresos o integrados.

La utilización...

1. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, caracterizado porque comprende

- un medio de transmisión planar (100) , que comprende -una tira metálica conductora principal (1) , -un plano de masa metálico (2) , -un sustrato dieléctrico (3) que separa la tira conductora principal (1) del plano de masa metálico,

- una celda híbrida (200) que comprende al menos un resonador de anillos abiertos complementario (7) , y una tira metálica (5) provista de vía (6) y gaps capacitivos (4) que realizan una conexión directa de la tira metálica principal (1) con el plano de masa metálico (2) , -un conjunto (300) que comprende una tira metálica (9) perpendicular a la tira metálica conductora principal (1) y a una tira metálica (12) , conectadas al plano de masa metálico (2) mediante vía (10) en paralelo, y un parche metálico (11) emplazado únicamente sobre el plano superior;

donde la tira metálica (12) se encuentra dividida a la salida en dos tiras (121, 122) idénticas y simétricas.

2. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, según reivindicación 1, caracterizado porque la distancia entre el centro de la tira metálica conductora principal (1) y el centro de la tira metálica (12) , y la distancia entre el centro de dicha tira metálica (12) y la vía (10) está en función de la potencia de salida requerida por las tiras (121, 122) .

3. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el resonador de anillos abiertos (7) comprende dos anillos concéntricos con aberturas (8) opuestas a 180º.

4. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el resonador de anillos abiertos (7) comprende dos anillos concéntricos con aberturas (8) formando un ángulo distinto a 180º.

5. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los anillos abiertos complementarios (7) son poliédricos.

6. Dispositivo divisor de potencia con capacidad filtrante, según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los anillos abiertos complementarios (7) son anillos en espiral.

FIG. 1

11

(2a) (2b) FIG. 2

12 121 100

FIG. 4

FIG. 5

Frecuencia

FIG. 6