Filtros distribuidos y localizados en tecnología mixta microstrip/Guía coplanar

Abstract

En esta memoria pretendemos contribuir al desarrollo de nuevos diseños tanto de filtros distribuidos como de filtros localizados. En los dos primeros capítulos de la Memoria se presentan nuevas configuraciones de filtros distribuidos en tecnología planar. En estas nuevas configuraciones se ha utilizado una tecnología híbrida microstrip/guía de onda coplanar . En concreto, en el capítulo 1 se presentan dos nuevos diseños de filtros paso de banda basados en líneas acopladas. En el primero de ellos, se inserta una ranura en el plano de masa bajo las secciones de líneas acopladas, con una doble finalidad: eliminar la primera banda espuria de los filtros convencionales en tecnología microstrip y abrir un nuevo camino de acoplo entre las líneas que nos permita realizar filtros con mayores anchos de banda. En el segundo diseño, hemos añadido conductores flotantes en el interior de las ranuras del plano de masa; además de mantener las ventajas de la estructura ranurada con respecto a los filtros convencionales, los conductores flotantes añaden flexibilidad al diseño y son especialmente útiles en implementaciones sobre determinados sustratos de baja permitividad en los que la primera banda espuria no puede ser eliminada totalmente con la ranura simple. Por su parte, en el capítulo 2 se presenta un nuevo diseño de filtro paso bajo con respuesta elíptica, basado en una modificación del filtro convencional construido mediante una concatenación de secciones de líneas de transmisión de alta y baja impedancia (filtros paso bajo de saltos de impedancia, SI-LPF, Stepped Impedance-Low Pass Filter). La nueva estructura híbrida que se propone conduce a diseños más compactos (el tamaño de las secciones de alta impedancia ha sido drásticamente reducido mediante la introducción de una ranura en el plano de masa y una contracción de los tramos rectos en una conexión de bucles abiertos) y con una mayor selectividad que se debe a la introducción de ceros de transmisión que se implementan de forma muy sencilla gracias al uso de guías de ondas coplanares cortocircuitadas al plano de masa del circuito. Al final del capítulo se presenta un nuevo diseño de filtro UWB (Ultra Wide Band), que se construye añadiendo una etapa paso alta al LPF diseñado anteriormente. Esta nueva etapa se configura también usando ambas caras del sustrato, y se diseña de forma que introduce un cero de transmisión por debajo de la banda de paso. La segunda parte de la Memoria, que engloba los capítulos 3 y 4, se centra en el diseño de filtros localizados. Así, en el capítulo 3 se presentan dos nuevas partículas o resonadores sublanda, en concreto, resonadores en espiral (SR, Spiral Resonators), y resonadores de salto de impedancia plegados (FSIR, Folded Stepped Impedance Resonator) modificados. Con los primeros se han diseñado filtros paso de banda con dos ceros de transmisión a frecuencias finitas, verificándose una importante reducción de tamaño al compararlo con diseños basados en resonadores de lazo abierto (open loops) y SSR’s (Split Ring Resonators). Además, hemos comprobado que introduciendo ventanas en lugares estratégicos del plano de masa, podemos incrementar el acoplo entre los SR’s lo que permite diseñar filtros con mayores anchos de banda. Por otra parte, los FSIR convencionales se han modificado introduciendo ranuras bajo la sección de alta impedancia y conductores flotantes bajo la secciones de líneas acopladas de baja impedancia. Con estos nuevos resonadores se han diseñado filtros de acoplos directos con respuestas convencionales. A través de un exhaustivo análisis de la estructura, basado en modelos en líneas de transmisión de la misma, hemos comprobado que la segunda frecuencia de resonancia del nuevo resonador es controlada con el tamaño del conductor flotante, con lo que puede ser convenientemente alejada de la frecuencia fundamental, mejorando de esta manera el rechazo por encima de la banda de paso del filtro. Por último, en el capítulo 4 se presenta una nueva modificación de un resonador tipo FSIR en el que se introduce un stub, también tipo SIR, conectado a la sección de alta impedancia. Este nuevo resonador se propone como partícula adecuada para el diseño de filtros de doble banda, en el que la frecuencia de la segunda banda es sintonizada con la geometría del stub interior. Además, en contra a lo que ocurre en diseños previos, comprobaremos que los anchos de banda de las dos bandas del filtro puede ser controlados de forma independiente si permitimos el desplazamiento del stub interior a lo largo de la sección de alta impedancia del FSIR.