Filtro de paso bajo para señales electromagnéticas.

Filtro paso-bajo para señales electromagnéticas, formado por unasucesión de elementos de rechazo,

definidos por stubs (2) de longitud λg/4, con una distancia pequeña o nula entre ellos, los cuales elementos se sintonizan a diferentes frecuencias determinandola banda de rechazo.

Filtro de paso bajo para señales electromagnéticas CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al tratamiento de señales electromagnéticas, proponiendo un filtro de paso bajo en una guía de ondas o línea de transmisión con un ancho de banda de rechazo grande y con características de diseño que permiten una alta potencia y una longitud reducida del dispositivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen técnicas de guías de ondas y de líneas de transmisión para diseñar dispositivos para el tratamiento de la frecuencia de señales electromagnéticas (filtros de microondas, redes de adaptación de impedancias y estructuras de acoplamiento; Matthai, Young and Jones; Artech House 1980, secciones 9 y 12) , entre los que pueden señalarse los tipos de dispositivos siguientes:

- Filtros de pasabanda, basados en el uso de adaptadores de derivación denominados stubs de longitud λg/2 (en donde λg es la velocidad de fase dividida por la frecuencia de diseño) con una separación λg/4 entre ellos (Componentes de guías de ondas para sistemas de alimentación de antenas: Teoría y CAD; Uher, Bornemann y Rosemberg, Artech House, 1993, páginas 185-189) .

- Filtros de rechazo de bandas, basados en el uso de adaptadores de derivación stubs de longitud λg/4 con una separación de λg/4 entre sí (componentes de guías de ondas para sistemas de alimentación de antenas: Teoría y CAD; Uher, Bornemann y Rosemberg, Artech House, 1993, páginas 185-189) .

- Filtros de paso bajo del tipo ondulado para guías de ondas (componentes de guías de ondas para sistemas de alimentación de antenas: Teoría y CAD; Uher, Bornemann y Rosemberg, Atech House, 1993, páginas 200 207) . Dichos filtros están estructurados como deformaciones u ondulaciones de la pared tubular del filtro. Aunque estos filtros se refieren como de paso bajo, todos los filtros de guías de ondas presentan la particularidad de que solamente permiten la transmisión de señales cuya frecuencia es mayor que una frecuencia determinada, referida como la frecuencia de corte. Para el caso concreto de la guía de ondas que presenta una sección rectangular, esta frecuencia de corte se determina (de forma analítica) por la anchura de la guía. Por ese motivo, incluso los así denominados filtros de paso bajo de guías de onda presentan un comportamiento funcional de pasabanda, de modo que la frecuencia inferior de la pasabanda se controla variando la frecuencia de corte de la guía.

El problema principal de los filtros de paso bajo diseñados con la técnica de filtros ondulados clásica es que la respuesta de paso bajo se mantiene tan larga como si se tratase de un funcionamiento en modo operativo único, es decir, cuando solamente el modo fundamental, que es el primero de los que pueden propagarse a través de la guía de onda, se propaga por intermedio del filtro.

Por lo tanto, si han de rechazarse las altas frecuencias en las guías de onda que tengan una sección rectangular (a modo de ejemplo, hasta el tercer armónico de la banda de paso) , solamente es posible realizar esta operación con filtros más complejos tales como filtros de planchas calientes acanaladas (descrito, a modo de ejemplo, en la patente de Estados Unidos US 6285267) y concretamente diseñados para dicha función. Sin embargo, los diseños de planchas calientes acanaladas requieren la presencia de muy pequeñas separaciones físicas (separación en altura entre las paredes de la guía en el interior) de modo que solamente una cantidad reducida de potencia pueda pasar a través de ellas. Además, estos filtros de planchas calientes acanaladas necesitan tener una longitud relativamente larga con el fin de conseguir una transición brusca entre la banda de paso (gama de frecuencias que puede pasar a través de la guía) y la banda de rechazo (gama de frecuencias que la guía no permite pasar a través de ella) .

En este sentido, la patente de los Estados Unidos US 2007024394 describe un dispositivo que está formado a partir de un filtro de paso bajo ondulado de alta potencia (que no permite rechazar hasta el tercer armónico) , a cuya salida se añade una estructura basada en el fenómeno de reflexión de Bragg (dicho fenómeno explica que sea posible rechazar una frecuencia con un periodo adecuado en la perturbación que se realiza en la guía) . De este modo, es posible rechazar hasta el tercer armónico, lo mismo que podría conseguirse con un diseño de plancha caliente acanalada, pero con una separación bastante alta en la estructura completa con el fin de permitir el paso de una gran cantidad de potencia. Sin embargo, la concatenación de las dos estructuras suele dar lugar a dispositivos de gran longitud. En este sentido, aunque sea posible considerar el rechazo de las bajas frecuencias también con la reflexión de Bragg y su dispensación por el filtro ondulado, el periodo que tendría que utilizarse en la estructura de Bragg sería largo y, con el fin de preservar las buenas características de frecuencias por un número suficiente de periodos, la longitud de la estructura de Bragg tendría que ser muy grande.

El documento DE 1 566 027 se refiere a un filtro para una guía de ondas con una serie de zonas rebajadas rectangulares de diferentes longitudes que forman una separación estrecha entre ellos.

El documento US 2006/0028296 A1 se refiere a un duplexor de guías de onda con un filtro de transmisión formado, de manera similar, a la del filtro del documento DE 1 566 027.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Según la invención, un filtro de paso bajo en conformidad con la reivindicación 1 con un ancho de banda de rechazo grande y con características de diseño que permiten que se ofrezca una alta potencia y una longitud reducida del dispositivo.

Este filtro, objeto de la invención, está preferentemente estructurado según una guía tubular que presenta una sección rectangular, en donde se determinan una serie continua de elementos de rechazo (elementos de parada) , preferentemente utilizando adaptadores de derivación denominados stubs (secciones de guía transversales a la dirección de propagación) sin ninguna separación entre ellos a lo largo de la dirección de propagación, de modo que en dichas series de adaptadores de derivación stubs se aplica una ventana cuya función está geométricamente definida por las series de las separaciones máximas de los adaptadores de derivación (envolvente exterior) y por la serie de las separaciones mínimas de dichos adaptadores de derivación (envolvente interior) .

En la forma de realización del filtro, se determinan tres áreas diferenciadas estructuralmente a través de la guía, en una de las cuales, correspondiente al extremo de entrada del filtro, la envolvente interior disminuye progresivamente, mientras que la envolvente exterior aumenta progresivamente de manera muy ligera. En la segunda área, correspondiente a la parte intermedia de la longitud, la envolvente interior permanece constante, mientras que la envolvente exterior aumenta progresivamente de forma considerable. Y en la tercera área, correspondiente al extremo de salida del filtro, la envolvente interior aumenta progresivamente, mientras que la envolvente exterior disminuye progresivamente en una magnitud muy considerable.

Los adaptadores de derivación denominados stubs son preferentemente de forma sinusoidal porque las características óptimas del filtro se obtienen así en su rendimiento funcional. Sin embargo, otras formas (rectangular, triangular o incluso definida en puntos) son también posibles para los adaptadores de derivación stubs a condición de que funcionen como un elemento de rechazo.

Pérdidas de retorno admisibles en la banda de paso (debido a la formación progresiva de ventanas y a la topología suave de los stubs) , una pendiente muy brusca entre la banda de peso y la banda de rechazo (debido al uso de stubs de λg/4) y una muy pequeña longitud total del dispositivo (debido al hecho de que no existe ninguna separación entre los stubs) se obtiene con el filtro de paso bajo de la invención.

Además, este filtro permite el rechazo de frecuencias hasta el tercer armónico de la banda de peso y al mismo tiempo, tiene perfiles suaves con una separación mínima que es bastante grande para permitir el paso de una gran cantidad de potencia. Además, si la potencia no es un requisito, el dispositivo puede diseñarse en una manera todavía más compacta.

En consecuencia, dicho filtro, objeto de la invención, tiene características ventajosas, con la adquisición de su propia identidad y carácter preferido con respecto a filtros convencionales de la misma aplicación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 ilustra una vista en sección longitudinal... [Seguir leyendo]

1. Un filtro de paso bajo para señales electromagnéticas, diseñado para limitar el paso de gamas de frecuencias a través de una guía de ondas (1) , comprendiendo el filtro de paso bajo una serie de elementos de rechazo, que tienen una pequeña distancia o una distancia nula entre sí, con dichos elementos sintonizados a diferentes frecuencias que terminan la banda de rechazo;

en donde el filtro de paso bajo comprende paredes superior e inferior, que definen longitudinalmente una perturbación con conformaciones de perfiles, que tienen pequeñas separaciones o separaciones nulas entre sí y que quedan así unos frente a otros, determinando una envolvente interna y una envolvente externa que son variables, de modo que en función de dicha configuración interna y de dicha configuración externa, se determinan tres zonas consecutivas (A, B y C) que tienen un rendimiento funcional diferente en relación con las señales que atraviesan el interior de la guía (1) ;

caracterizado por cuanto que la zona longitudinal intermedia (B) está definida con una envolvente interna que permanece constante y con una envolvente externa que aumenta progresivamente.

2. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que los elementos de rechazo están definidos por adaptadores de derivación denominados stubs (2) , que tienen una forma sinusoidal, rectangular o cualquier otra forma arbitraria, estando en posiciones simétricas, o no, con respecto a la dirección de propagación.

3. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 2, caracterizado por cuanto que presenta una distancia de separación mínima entre los adaptadores de derivación stubs (2) en la dirección de propagación.

4. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 2, caracterizado por cuanto que presenta una distribución arbitraria de los máximos y de los mínimos de los adaptadores de derivación stubs (2) a través del dispositivo.

5. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 2, caracterizado por cuanto que es utilizable en guías de ondas que tienen una sección rectangular, una sección circular o secciones más complejas, 35 como una guía acanalada, a modo de ejemplo.

6. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que la zona longitudinal (A) correspondiente a la parte de entrada de la extremidad del filtro está definida por una envolvente interna que disminuye progresivamente y por una envolvente externa que aumenta progresivamente, de manera ligera.

7. El filtro de paso bajo para señales electromagnéticas según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que la zona longitudinal (C) correspondiente a la parte de salida de extremidad del filtro se define por una envolvente interna que aumenta progresivamente y por una envolvente externa que disminuye progresivamente, de manera 45 muy considerable.