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LibreTexts Español

3.1: Introducción

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    El centro del diseño del filtro de microondas es la identificación de una estructura distribuida particular que inherentemente tiene los atributos de conformación de frecuencia deseados. Entonces esta estructura se ajusta para que coincida con una representación matemática ideal, o tal vez de elemento grumado, de un filtro. El diseño de filtros es tanto ciencia como arte, emparejando la síntesis con el conocimiento instintivo de estructuras físicas y de circuitos apropiados.

    Un gran número de filtros de microondas se realizan utilizando líneas de transmisión acopladas y los más importantes son los filtros de línea acoplada en paralelo (PCL). Estos se derivan de prototipos, con el desarrollo siguiendo una estrategia que permite realizar el filtro usando una de varias configuraciones de línea acoplada. Entonces, la estrategia es examinar primero las configuraciones de línea acoplada y determinar los tipos de estructuras de circuito que se pueden realizar. Luego, los pasos en la síntesis están diseñados para pasar de un prototipo de filtro LC a un prototipo que tiene las estructuras que se pueden realizar mediante una configuración de línea acoplada.

    Desde los inicios de la síntesis de circuitos de microondas, se ha vuelto común presentar conceptos de circuito usando ejemplos, muy a menudo porque los pasos para realizar un filtro pueden ser demasiado difíciles de especificar algorítmicamente y hay muchos pasos que requieren intuición. Este procedimiento se sigue aquí.

    Esta introducción concluye con un ejemplo que ilustra el arte y la ciencia de la ingeniería de microondas. Se ve que un par simple de líneas acopladas con coincidencia apropiada tiene una respuesta de filtro de paso de banda. La respuesta intrínseca paso banda es soportada por líneas acopladas, por lo que el procedimiento de síntesis está adaptando la respuesta intrínseca a las especificaciones.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Coupled Lines as a Basic Element of a Bandpass Filter

    clipboard_e4d8311bf92bd19e34a51a61376af2473.pngEntorno de Diseño Archivo de Proyecto: RFDesign Coupled Shorted Microstrip Lines C.emp

    En la Figura 3.2.1 se muestra un par acoplado de líneas de microcinta terminadas en cortocircuitos. Este circuito tiene una respuesta de paso de banda centrada en\(7.5\text{ GHz}\), como se muestra en la Figura 3.2.2. Entonces, si bien la pérdida de inserción se reduce a aproximadamente\(3.5\text{ dB}\) at\(7.5\text{ GHz}\), la pérdida de retorno no es muy alta. Esto es una buena indicación de que el emparejamiento podría usarse para reducir la pérdida de inserción. Entonces, el problema es entonces determinar la red de coincidencia apropiada y para ello es necesario obtener una comprensión de la respuesta del circuito. La Figura 3.2.3 traza las\(S_{21}\) respuestas\(S_{11}\) y en una gráfica de Smith. Al observar\(S_{11}\) se ve que entre\(7\) y\(8\text{ GHz}\) la impedancia de entrada es principalmente inductiva. Esto indica que se podría usar una capacitancia en serie para hacer coincidir. Otra vista se muestra en la Figura 3.2.4, que traza la magnitud y fase de la impedancia de entrada en el Puerto\(1\) de las líneas de microcinta acopladas (esta será la misma que la impedancia de entrada en Port\(2\)). Entonces\(7\text{ GHz}\), alrededor, la impedancia de entrada es inductiva ya que la fase de la impedancia está cerca\(90^{\circ}\) y la magnitud de la impedancia aumenta con la frecuencia. A\(7\text{ GHz}\) la impedancia es aproximadamente\(\jmath 50\:\Omega\), que sería resonada por un condensador en serie de\(0.45\text{ pF}\). Sin embargo no será tan sencillo como esto, ya que el condensador de sintonización deberá colocarse tanto en Puertos\(1\) como en\(2\). Sin embargo, esto sí sirve para proporcionar un punto de diseño inicial.

    El esquema requerido para implementar el diseño anterior se muestra en la Figura 3.2.5. En este esquema de circuito, la línea acoplada que se muestra en la Figura 3.2.1 (b) es capturada como un subcircuito llamado” CoupledLine”. Los condensadores en serie en los puertos\(1\) y\(2\) son\(C_{1}\)”” y”\(C_{2}\),” es decir,\(C_{1}\) y\(C_{2}\), respectivamente. \(C_{1}\)y\(C_{2}\) se establecen como elementos sintonizables siendo la variable gobernante” CC”. Este condensador está sintonizado para obtener la respuesta de paso de banda óptima. Con\(C_{1} = C_{2} = 44.8\text{ fF}\), se obtiene la respuesta de paso de banda mostrada en la Figura 3.2.6. Esta es una respuesta de filtro de paso de banda casi ideal al máximo plano. La banda de paso principal está en\(7\text{ GHz}\) y hay una respuesta de paso de banda parásita en el tercer armónico. Esta banda de paso espuria en un armónico impar ocurre a menudo en los diseños de líneas de transmisión. Una pequeña alteración del condensador de sintonización puede cambiar la respuesta para tener ondas en la banda de paso y faldones de filtro más afilados (ver Figura 3.2.7), donde cada uno de los condensadores de sintonización está\(37.6\text{ fF}\). (Para convencerte de la falda más afilada, considera la pérdida de inserción\(100\text{ MHz}\) lejos de la banda de paso. La pérdida de inserción del filtro con la respuesta máxima plana está\(23\text{ dB}\) ahí, y la del filtro con la respuesta de ondulación está ahí)\(27\text{ dB}\). Este filtro tiene dos polos de banda de paso y es lo suficientemente simple como para diseñar como se hace aquí. Los filtros de orden superior (con más de dos resonadores de banda de paso) requieren un enfoque de diseño más sofisticado. Aún así, este ejemplo demuestra que la estructura de línea acoplada tiene una buena respuesta de banda de paso por sí sola siempre que se utilice la coincidencia apropiada.

    La característica de paso de banda es el resultado de que las velocidades de fase de los modos par e impar son diferentes. Si fueran lo mismo, el coeficiente de transmisión sería cero at\(7\text{ GHz}\).


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