Filtro paso-banda multi-banda de microondas con un número arbitrario de bandas de paso.

Filtro paso-banda multi-banda de microondas con un número arbitrario de bandas de paso.

Esta estructura está formada por la conexión en cascada de varios bloques. Las secciones de interferencia transversal de señales, basadas en dos líneas de transmisión en paralelo (2 y 4), confieren la acción filtrante multi-banda al circuito total. Las etapas de entrada y salida (1 y 5) son líneas de transmisión adaptadoras que minimizan las pérdidas de retomo de potencia en las bandas de paso. El elemento intermedio (3) es una línea de transmisión que permite la conexión adecuada de las secciones interferenciales para aumentar el rechazo de potencia fuera de banda. Se trata de una topología filtrante compacta y de alta selectividad, apta como circuito selector de bandas en aplicaciones de comunicaciones multi-canal y sistemas radar multi-frecuencia.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca dentro del sector técnico de las tecnologías de alta frecuencia, y más concretamente en la temática del diseño de filtros pasivos paso-banda multi-banda para rangos espectrales de microondas y milimétricas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Actualmente, resulta innegable el creciente interés en el diseño de circuitos de microondas multi-frecuencia, capaces de operar simultáneamente en distintas bandas espectrales. Esto ha venido motivado por las últimas tendencias en el sector de las telecomunicaciones hacia el desarrollo de equipos de radiofrecuencia multifunción, como soporte hardware de las nuevas aplicaciones de comunicaciones inalámbricas multi-estándar y sistemas radar multi-frecuencia. Dicha necesidad también ha quedado patente en la implementación de conceptos emergentes dentro de este ámbito, tales como la "radio definida por software" y la "radio cognitiva".

Sin lugar a dudas, uno de los principales exponentes dentro de esta corriente de investigación son los filtros paso-banda de microondas con múltiples bandas de paso. Nótese que cualquier equipo multi-frecuencia ha de proceder, en algún punto de su cadena, a una selección espectral multi-banda para su correcto funcionamiento: en la faceta transmisora, para emitir una señal multi-canal pura, sin componentes armónicos fuera de banda que puedan interferir a otros sistemas; en la función receptora, para eliminar espurios y ruido fuera de banda presentes junto a la señal de interés, posibilitando el consiguiente procesado multi-banda de la misma.

La forma tradicional de diseñar circuitos selectores multi-frecuencia se ha basado en el empleo de bancos canalizados de filtros interconectados a entrada y salida por un divisor y un combinador de potencia, respectivamente. No obstante, son muchos los inconvenientes de esta solución que desaconsejan su uso práctico. Entre ellos, cabe mencionar su excesivo tamaño físico y volumen, su ineficiencia en potencia debido a fenómenos de desadaptación entre etapas y disipación en el bloque combinador, y su complejidad de diseño. Una modificación de esta estructura, de cara a disminuir sus dimensiones, ha consistido en reemplazar el conjunto banco-de-filtros/divisor-de-potencia por un multiplexor. Desafortunadamente, la implementación del multiplexor, así como su conexión con la etapa combinadora, son tareas difíciles de abordar.

Es por ello que la investigación en el campo de filtros paso-banda multi-banda de microondas ha suscitado una gran atención, de cara a superar todas las limitaciones existentes en los circuitos selectores multi-frecuencia convencionales. De este modo, se ha propuesto en los últimos años multitud de topologías de filtros paso-banda con varias bandas de paso, sobre todo para tecnologías planares. Dichas estructuras se fundamentan principalmente en esquemas de resonadores acoplados más o menos complejos, dependiendo de las prestaciones pretendidas. En cualquier caso, sólo algunas de dichas configuraciones permiten obtener todos los requisitos deseables para estos circuitos; entre ellos: 1) alta selectividad filtrante mediante la generación de ceros de transmisión entre las bandas de paso, 2) compacidad física, 3) disponibilidad de metodología teórica de diseño y 4) extrapolación para la síntesis de cualquier número de bandas. En relación a este último punto, cabe mencionar que el número máximo de bandas de paso demostrado hasta la fecha en desarrollos experimentales de filtro multi-banda ha sido cuatro. No obstante, se trata de estructuras obtenidas empíricamente, carentes de procedimiento analítico de diseño y difícilmente generalizables para conformar un mayor número de bandas. Además, como inconveniente añadido de todas estas soluciones basadas en resonadores acoplados, ha de señalarse su dificil aplicación en sistemas de banda ultra-ancha debido a limitaciones tecnológicas. Efectivamente, anchos de banda relativos mayores al 20% son difíciles de alcanzar debido a la mínima separación realizable entre líneas resonantes acopladas.

La presente invención se presenta como una alternativa sencilla para la realización de filtros multi-banda pasivos de microondas de reducido tamaño y alta selectividad filtrante, fundamentada en técnicas de interferencia de señales. Dicha invención, mediante el empleo de secciones de interferencia formadas por dos líneas de transmisión conectadas en paralelo, permite sintetizar respuestas filtrantes multi-banda con un número arbitrario de bandas de paso. Seguidamente, se procede a la descripción minuciosa de esta topología filtrante multi-banda y su metodología de diseño, ejemplificada para un filtro con seis bandas de paso.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención hace uso de dos secciones de interferencia de señales idénticas (2 y 4) , formadas cada una por la conexión en paralelo de dos tramos de línea de transmisión distintos. La función de transferencia de cada sección aislada es de alta selectividad, es decir, exhibe una transición muy abrupta entre cada banda de paso y las atenuadas adyacentes, así como un fuerte rechazo de potencia fuera de banda. Esto se consigue mediante la generación de ceros de transmisión de potencia entre cada par de bandas de paso consecutivas.

De lo anterior, se deduce que a medida que la longitud eléctrica de las líneas (6) y (7) aumenta se genera un mayor número de bandas de paso, lográndose interferencias constructivas perfectas en las mismas y cancelaciones de señal entre cada par de bandas de paso consecutivas. La separación entre bandas continuas resulta ser igual a dos veces la frecuencia de diseño dividido por el número de bandas de paso producidas más la unidad.

Las líneas adaptadoras de entrada y salida (1 y 5) son líneas de impedancias características similares a la de referencia y de longitudes eléctricas habitualmente de n/2 ó n radianes (90 ó 180 grados) . Mediante la optimización de los valores de las impedancias características, se logra obtener adaptaciones de potencia mayores de 1 O dB para todas las bandas de paso sintetizadas. Por otro lado, la línea de cascada (3) entre las dos secciones interferenciales (2 y 4) permite una conexión física adecuada de las mismas (2 y 4) . Esto se hace para aumentar el rechazo global en todas las bandas atenuadas del filtro, respecto al ofrecido por una sola sección interferencia!.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

l. Filtro pasivo paso-banda multi-banda de microondas altamente selectivo caracterizado por filtrar señales de radiofrecuencia mediante el empleo de secciones interferenciales que generan ceros de transmisión de potencia entre bandas de paso consecutivas y producen interferencias constructivas en las bandas de paso.

2. Filtro pasivo paso-banda multi-banda de microondas altamente selectivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque las secciones interferenciales se forman con dos líneas de transmisión distintas en paralelo, con longitudes eléctricas diferenciadas en n radianes (180 grados) y siendo la longitud eléctrica de la línea más corta igual al número de bandas de paso a obtener multiplicado por n/2 radianes (90 grados) .

3. Filtro pasivo paso-banda multi-banda de microondas altamente selectivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque las etapas adapta toras y de cascada se realizan mediante líneas de transmisión de longitudes e impedancia características adecuadas.

4. Filtro pasivo paso-banda multi-banda de microondas altamente selectivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque las secciones de interferencia son idénticas.

5. Filtro pasivo paso-banda multi-banda de microondas altamente selectivo, según la reivindicación 2, caracterizado por permitir su implementación en tecnologías planares, tales como stripline, microstrip y guía de ondas coplanar.