Filtro paso-banda en guíaonda rectangular evanescente de doble canal.

Filtro paso-banda en guíaonda rectangular evanescente de doble canal.

Filtro paso-banda en guíaonda (10) rectangular evanescente de doble canal donde en el interior de la guíaonda (10) que es de anchura y altura invariante en toda su longitud que comprende al menos una pared metálica (11) dispuesta perpendicularmente respecto del plano horizontal de la guíaonda (10) de tal forma que la guíaonda (10) queda dividida en al menos dos canales evanescentes (1, 2) dispuestos en paralelo entre sí; y que además comprende una pluralidad de postes (12) metálicos y de perfil redondeado, dispuestos perpendicularmente a la citada pared metálica (11).

FILTRO PASO-BANDA EN GUÍAONDA RECTANGULAR EVANESCENTE DE DOBLE CANAL

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca dentro de los dispositivos utilizados para el filtrado paso- banda de señales en aplicaciones espaciales basadas en satélites. Más concretamente, el objeto de la invención se refiere a filtros paso-banda en guíaonda rectangular evanescente de doble canal, basados en dividir dicha guíaonda en dos canales evanescentes en configuración transversal.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En la actualidad, las cabeceras de radio frecuencia de transmisores y receptores utilizados en comunicaciones vía satélite emplean habitualmente filtros paso-banda con el fin de seleccionar la información de los canales en enlace ascendente, así como para limpiar de perturbaciones la información retransmitida en enlace descendente. Una de las tecnologías que más se usa para estas aplicaciones es la basada en guías de onda (también conocidas como guíaondas), ya que presenta un nivel de pérdidas relativamente bajo en comparación con otras tecnologías alternativas, tales como la tecnología planar ("microstrip") [ver, por ejemplo, Adman Gorur, "A Novel Dual Mode Bandpass Filterwith Wide Stopband Using the Properties of Microstrip Open-Loop Resonator", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 12, No. 10, Oct. 2002, pp. 386-388.] o la integrada en sustrato (denominada "SIW") [ver, por ejemplo, Lee W. Cross, Mohammad J. Almalkawi, Vijay K. Devabhaktuni, "Half Mode Substrate-lntegrated Waveguide-Loaded Evanescent-Mode Bandpass Filter", Int J RF and Microwave CAE, Vol. 23, pp. 172177, 2013]. Además, las tecnologías de guíaonda son potencialmente más robustas frente a las altas potencias utilizadas en los transmisores de los satélites.

El inconveniente principal de los dispositivos de filtrado en tecnología guíaonda es su elevado peso, tamaño y volumen. Esto representa un serio problema en el diseño de las cabeceras a embarcar en los satélites ya que elevan considerablemente los costes de lanzamiento. Por ello, gran parte de la investigación en esta tecnología está centrada en la

concepción de nuevos dispositivos de filtrado que, sin sacrificar prestaciones eléctricas, puedan lograr reducciones de tamaño, peso y volumen.

Entre los dispositivos de filtrado paso-banda compactos, se conocen los filtros basados en secciones de guíaonda al corte, esto es, los llamados filtros paso-banda en modo evanescente [ver, por ejemplo, George F. Craven, "The Design of Evanescent Mode Waveguide Bandpass Filters for a Prescribed Insertion Loss Characterístic", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-19, No. 3, Mar. 1971.]. Estas estructuras están basadas en la introducción de perturbaciones metálicas o dieléctricas en una sección de la guíaonda donde no existe propagación (denominada como sección de guía evanescente). Las inserciones se introducen en un plano (denominado como "plano-E", o plano perpendicular al plano horizontal de la guíaonda) de la guía evanescente y provocan un modo en resonancia, pudiendo implementar filtros en topología en línea.

Así pues, en los primeros trabajos relativos a los filtros paso-banda en guía evanescente se centraron en el desarrollo de técnicas de diseño y en estructuras donde se insertaban tornillos en el plano-E, dentro de una única sección de guía evanescente [ver, por ejemplo, George F. Craven, "The Design of Evanescent Mode Waveguide Bandpass Filters for a Prescribed Insertion Loss Characterístic11, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-19, No. 3, Mar. 1971., o A. M. K. Saad, "Novel Lowpass Harmonio Filters for Satellite Applications", IEEE Microwave Theory and Techniques International Symposium, IEEE MTT-S DIGEST, pp. 292294, 1984.].

Otros trabajos posteriores en filtros evanescentes utilizaron conceptos similares, pero con

inserciones dieléctricas en el plano-E como en [R. Vahldieck and W.J.R. Hoefer, "Computer-

Aided Design of Dielectric Resonator Filters in Waveguide Sections Below Cutoff11 ,

Electronics Letters, Vol. 21, No. 19, pp. 843844, Sept. 1985], o bien combinando sustratos

dieléctricos para imprimir elementos conductores [ver, por ejemplo, Qiu Zhang, Tatsuo Hito,

"Computer-Aided Design of Evanescent Mode Waveguide Filter With Non-touching E-Plane

Fins11 , IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 36, No. 2, pp. 404

412, Feb. 1988]. Hasta el año 1991, los trabajos siguieron aplicando un concepto muy

similar, relativo a introducir perturbaciones metálicas en el plano-E, dentro de la sección de

guíaonda evanescente [por ejemplo, en Jun-Wu Tao, and Henrí Baudrand, "Multimodal

Varíational Analysis of Uniaxial Waveguide Discontinuities", IEEE Transactions on

Microwave Theory and Techniques, Vol. 39, No. 3, pp. 506516, Mar. 1991].

No obstante, a partir del año 1993, en el artículo [Vladimir A. Labay and Jens Bornemann,

"CAD of T-Septum Waveguide Evanescent-Mode Filters", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 41, No. 4, pp. 731733, Abril 1993\ se propuso variar la forma geométrica de la inserción metálica, ocupando parcialmente el plano-H (que es el plano horizontal de la guíaonda) con inserciones en forma de T con el fin de mejorar las características del filtro. En cualquier caso, el concepto utilizado es el mismo, esto es, la introducción de inserciones (o "ridges") metálicas en una sección de guía evanescente. Este mismo concepto de introducir ridges metálicos en la sección de guía evanescente también fue recogido en el documento US3949327.

Más recientemente se han propuesto también filtros utilizando resonadores dieléctricos en el plano-E, situados en la sección de guíaonda evanescente [por ejemplo, C. Bachiller, H. Esteban, J. V. Morro, V. Boria, "Hybrid mode matching method for the efficient analysis of rods in waveguided structures", Mathematlcal and Computer Modelling, Vol. 57, 2013, pp. 18321839, doi:10.1016/j.mcm.2011.11.076] y otras variantes utilizando tornillos metálicos también en el plano-E [por ejemplo, Fermín Mira, Ángel A. San Blas, Vicente E. Boria, Luis J. Roglá, and Benito Gimeno, "Wideband generalized admittance matrix representation for the analysis and design of waveguide filters with coaxial excitation", Radio Science, Vol. 48, pp. 5060, doi:10.1002/rds.20013, 2013] o bien con múltiples corrugaciones [en M. B. Manuilov, K. V. Kobrin, G. P. Sinyavsky, and O. S. Labunko, "Full Wave Hybrid Technique for CAD of Passive Waveguide Components with Complex Cross Section", PIERS ONLINE, VOL. 5, NO. 6, 2009, pp. 526530].

En [Lee W. Cross, Mohammad J. Almalkawi, Vijay K. Devabhaktuni, "Half Mode Substrate- Integrated Waveguide-Loaded Evanescent-Mode Bandpass Filter", Int. J RF and Microwave CAE, Vol. 23, pp. 172177, 2013] se propuso por primera vez implementar un filtro evanescente en tecnología integrada en sustrato (SIW). En este caso se introdujo una componente capacitiva a los resonadores en configuración combline. También en tecnología integrada en sustrato (SIW) es importante mencionar el trabajo [Lin- Sheng Wu, Xi- Lang Zhou, Liang Zhou, and Wen-Yan Yin, "Study on Cross-Coupled Substrate Integrated Evanescent-Mode Waveguide Filter", Asia Pacific Microwave Conference, 7-10 Dec. 2009, pp. 167170, Singapore]. La estructura implementa un filtro evanescente en línea, donde se incluye el mismo concepto anteriormente mencionado. Además, introduce una sección semi-circular en las guías para enfrentar entre sí a resonadores no adyacentes. Hay que destacar que la topología de acoplo básica que implementa es igualmente en línea. No obstante, al enfrentar resonadores no adyacentes, es capaz de introducir un acoplo cruzado

entre ellos y, de este modo, se obtienen dos ceros de transmisión.

En todo caso, cabe indicar que, aunque se han propuesto configuraciones de filtros en topología transversal [D. Baillargeat, S. Verdeyme, J. Galiere, C. Zanchi, L. Lapierre, "Quasi- Planar Transversal Band-Pass Filters for Ka-Band Applications", Int J RF and Microwave CAE, Vol. 15, pp. 5668, 2005, DOI 10.1002/mmce.20051] no se conoce el empleo de la topología transversal para un filtro en tecnología guíaonda en modo evanescente.

En ["Two-Path Cutoff Waveguide Dielectric Resonator Filters" / Shigesawa H; Tsuji M; Takiyama K / Microwave Symposium Digest, 1985 IEEE MTT-S International, 19850604, IEEE, Piscataway, NJ, USA - (XP031667950)], se propone un diseño de filtro de guía onda rectangular con una bifurcación parcial del plano H obtenida mediante una placa metálica situada paralela al plano-E. La primera bifurcación contiene resonadores dieléctricos y constituye el filtro propiamente dicho. La segunda...

1 - Filtro paso-banda en guíaonda (10) rectangular evanescente de doble canal, donde el interior de la guíaonda (10) es de anchura y altura invariante en toda su longitud, comprendiendo dicho filtro al menos una pared metálica (11) dispuesta perpendicularmente respecto del plano horizontal de la guíaonda (10), de tal forma que dicha guíaonda (10) queda dividida en, al menos, dos canales evanescentes (1,2) dispuestos en paralelo entre sí; y caracterizado por que además comprende una pluralidad de postes (12) metálicos en cada uno de los canales dispuestos perpendicularmente a la citada pared metálica (11), para sintetizar una respuesta de tipo mono-banda o multi-banda actuando sobre la asimetría de los canales (1,2) y sobre el orden par o impar de cada uno de dichos canales (1,2).

2 -Filtro paso-banda de acuerdo con la reivindicación 1, donde la pared metálica (11) es de tipo inductivo y con la misma altura que la guíaonda (10).

3 - Filtro paso-banda de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 donde los postes (12) metálicos son de un perfil seleccionado entre: circular, elíptico o una combinación de ambos.

4 -Filtro paso-banda de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 donde su respuesta es mono-banda de orden 2N siendo N el orden de cada canal (1,2).

- Método de filtrado paso-banda en guíaonda (10) rectangular evanescente de doble canal que se implementa con un filtro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza por que comprende las etapas de:

(a) dividir una señal de entrada a la guíaonda (10) en al menos dos canales evanescentes (1,2) paralelos mediante al menos una pared metálica (11) perpendicular al plano horizontal de la guíaonda (10);

(b) calcular la respuesta en frecuencia del filtro paso-banda definiendo el diámetro, posición y longitud de unos postes (12) metálicos de perfil redondeado dispuestos perpendicularmente respecto de la pared metálica (11)

(c) filtrar la señal de entrada en ambos canales (1,2) mediante los postes redondeados (12) calculados en la etapa anterior;

(d) calcular una respuesta de tipo mono-banda o multi-banda actuando sobre la asimetría de los canales (1,2) y sobre el orden par o impar de cada uno de dichos canales (1,2).