ES2280834T3 - Dispositivo separador de bandas de hiperfrecuencias de banda ancha. - Google Patents

Abstract

Dispositivo separador para receptores de hiperfrecuencias de banda ancha, caracterizado por el hecho de que comprende un conjunto de pares de filtros pasabanda y de paso bajo (2.1 a 2.5) y porque en cada par de filtros relacionados con una banda de frecuencias Fbn-Fhn a separar de un conjunto de bandas, el filtro pasabanda tiene una banda pasante comprendida entre Fbn y Fhn (con Fbn < Fhn), mientras que el filtro de paso bajo tiene una frecuencia de corte situada en Fhn - 1, siendo todos los filtros de material supraconductor, refrigerado, en funcionamiento, a una temperatura inferior a la temperatura crítica de este material, realizándose cada par de filtros en una misma barra individual (21) y teniendo una entrada común (E) a la cual se conecta directamente el filtro de paso bajo y el filtro pasabanda de esta misma barra, y por el hecho de que la salida (S) de banda separada es la del filtro pasabanda, y porque la salida (S1) hacia el par siguiente (6, 8, 10, 12) o hacia un terminal (14)es la del filtro de paso bajo.

Description

Dispositivo separador de bandas de hiperfrecuencias de banda ancha.

La presente invención se refiere a un dispositivo separador de bandas de hiperfrecuencias de banda ancha.

Los separadores de bandas de hiperfrecuencias (igualmente llamados "multi-plexores" son dispositivos utilizados en particular en receptores de hiperfrecuencias de banda ancha. Estos receptores reciben señales multicanales de canales adyacentes que los separadores están encargados de separar individualmente. Los rendimientos de estos receptores de hiperfrecuencias de banda ancha están limitados por los diferentes puntos siguientes:

\sqbullet el amplificador de cabeza (el que sigue inmediatamente a la antena receptora) presenta no linealidades que producen la generación de frecuencias armónicas;

\sqbullet los mezcladores de las etapas heterodinas generan productos de intermodulación;

\sqbullet la anchura de banda instantánea de estos receptores es limitada;

\sqbullet los filtros separadores introducen pérdidas de inserción nada despreciables;

\sqbullet estos mismos filtros tienen una rigidez insuficiente de los flancos de su curva característica atenuación/frecuencia;

\sqbullet debido a esta rigidez insuficiente, las bandas contiguas se montan;

\sqbullet si se desea evitar este montado, se deben separar las unas de las otras las frecuencias centrales de los canales, y por consiguiente de los filtros correspondientes, lo cual produce agujeros entre bandas contiguas.

Los filtros pasabanda utilizados actualmente en hiperfrecuencias son generalmente del tipo de líneas acopladas rectilíneas o plegadas en "U". Tales filtros presentan una rigidez insuficiente de los flancos por su característica frecuencia/atenuación y pérdidas de inserción.

Se conoce por el documento US 5 838 675 un separador de canales de hiperfrecuencias con estructura de tipo "manifold" y que incluye amplificadores-limitadores, lo cual hace la realización compleja.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo separador para receptor de hiperfrecuencias de banda ancha del tipo anteriormente citado, no presentando este dispositivo separador los inconvenientes anteriormente citados de los dispositivos de la técnica anterior.

El dispositivo separador conforme a la invención comprende un conjunto de pares de filtros pasabanda y de paso bajo, y en cada par de filtros con relación a una banda de frecuencias Fb_{n}-Fh_{n} a separar de un conjunto de bandas, el filtro pasabanda tiene una banda pasante comprendida entre Fb_{n} y Fh_{n} (con Fb_{n} < Fh_{n}), mientras que el filtro de paso bajo tiene una frecuencia de corte situada en Fh_{n-1}, siendo todos los filtros de material supraconductor refrigerado en funcionamiento a una temperatura inferior a la temperatura crítica de este material, realizándose cada par de filtros en una misma barra individual y presentando una entrada común en la cual se conectan estos filtros directamente.

La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción detallada de un modo de realización, tomado a título de ejemplo no limitativo e ilustrado por el dibujo adjunto, en el cual:

- La figura 1 es un diagrama en bloque de un dispositivo separador conforme a la invención;

- La figura 2 es una vista en planta de un par de filtros que forman parte de un dispositivo separador conforme a la invención;

- La figura 3 es una vista en planta de un modo de realización preferido de un filtro pasabanda que forma parte del par de filtros de la figura 2; y

- La figura 4 es una vista de detalle ampliada del filtro de la figura 1.

El dispositivo separador 1 esquematizado en la figura 1 comprende varios pares de filtros, componiéndose cada par de filtros de un filtro pasabanda y de un filtro de paso bajo. En el presente caso, el dispositivo separador comprende cinco pares de filtros, respectivamente referenciados 2.1 a 2.5, pero se entiende que el número de pares de filtros del dispositivo separador de la invención puede ser diferente, en función del número de canales contenidos en la señal recibida por el receptor de hiperfrecuencias del cual forma parte este dispositivo separador.

Según una característica importante de la invención, el primer par de filtros 2.1 conectado justo después de la entrada 3 es el que se refiere a la vía de frecuencias más elevadas (vía 1 en el ejemplo), el segundo par, 2.2; conectado justo más abajo del primer par, se refiere a la vía (vía 2) de frecuencias justo inferiores a las de la vía 1, y así sucesivamente hasta el par de filtros 2.5 (vía 5).

Según un ejemplo de realización, las vías 1 a 5 tienen respectivamente las bandas de frecuencias siguientes (en GHz): 16-18, 12-16, 8-12, 4-8 y 2-4, pero se entiende que estos valores pueden ser diferentes en otras aplicaciones.

Cada par de filtros 2.1 a 2.5 (2.1 a 2.n en el caso más general) se realiza en una misma barra de substrato de soporte individual, de la forma descrita a continuación con referencia a la figura 2. Las diferentes barras del separador 1 están fijadas en una caja de casillas separadas 4, paralelamente las unas a las otras, y desacopladas entre si por blindajes electromagnéticos 5.1 a 5.4 formados sobre los tabiques de las casillas de la caja 4. La entrada 3 está conectada en el punto 5 que es la entrada común de los filtros del par 2.1. La salida 6 del par de filtros 2.1 hacia el par siguiente 2.2 es la salida del filtro de paso bajo del par 2.1 (en la parte opuesta a su entrada 5). Esta salida 6 está conectada con la entrada 7 del par 2.2 que es la entrada común de los filtros del par 2.2 y así sucesivamente hasta el par 2.5 (salidas 8, 10, 12 conectadas respectivamente con las entradas 9, 11, 13). Por último, la salida 14 del filtro de paso bajo del par 2.5 está conectada bien sea a una carga ficticia adaptada (con el fin de absorber residuos de la señal incidente) o, por ejemplo a un analizador de espectro. En las salidas 15 a 19 de los filtros pasabanda de los pares 2.1 a 2.5 respectivamente, se recogen las señales de las vías 1 a 5, y únicamente estas señales (sin armónicos ni partes extremas de las vías contiguas).

En la figura 2 se ha representado una de las barras del separador 1, por ejemplo la barra 2.1. Su filtro pasabanda está hecho del modo siguiente.

El filtro pasabanda descrito aquí presenta una banda pasante de 2 o de 4 GHz, para una frecuencia central que puede estar comprendida entre 3 y 20 GHz aproximadamente, pero se entiende que la invención no se limita a estos valores, y que el experto en la materia podrá, con la lectura de la presente descripción, modificar estos valores obteniendo las mismas ventajas que con el presente ejemplo.

El filtro pasabanda 20 representado en las figuras 2 a 4 del dibujo comprende, para el presente ejemplo, doce líneas de longitud eléctrica \lambda/2 acopladas entre si y referenciadas por L1 a L12, pero se entiende que el número de líneas de un filtro puede ser diferente, ventajosamente comprendido entre 12 y 16. La rigidez de los flancos de la característica frecuencia/atenuación al ser una función directa del número de líneas, se tendrá que buscar un compromiso entre una gran rigidez y una ocupación de espacio importante (generalmente, los aparatos que comprenden tales filtros deberían comprender un gran número para mejorar sus características, mientras que su ocupación de espacio debe limitarse, por ejemplo cuando estos aparatos son aerotransportados).

Las líneas L1 y L12 son líneas "replegadas" con forma general de "V". Sin embargo, según una característica importante de la invención, los dos brazos de esta "V", en lugar de ser rectilíneos, tienen cada uno una forma de "escalón de escalera" presentando, a media altura, un soporte perpendicular al eje de simetría de la "V" en cada extremo del cual se conecta un "montante" paralelo al eje de simetría de la "V". Las líneas sucesivas están dispuestas contrapeadas, con el fin de acoplarlas de forma óptima y reducir la ocupación de espacio del filtro. El extremo libre de la línea L12 está directamente conectado con un bloque metalizado E formado en una barra de soporte 21 y que constituye el borne de entrada del filtro 20. El extremo libre de la línea L1 está directamente conectado con un bloque metalizado S formado sobre el substrato 21 y que constituye el borne de salida del filtro 20. Bien entendido, las formas y dimensiones de los bornes E y S se determinan con el fin de conferirlas una impedancia adecuada. Igualmente se entiende que, si solo se utiliza el filtro pasabanda 20, la entrada del filtro puede realizarse por el lado de la línea L1, y su salida por el lado de la línea L12.

Las líneas L1 a Ln (n=12 en el presente ejemplo) se forman por depósito de capas finas de material supraconductor sobre la barra 21 de material que presenta pequeñas pérdidas dieléctricas, tal como MgO. La barra 21 tiene por ejemplo una forma rectangular, y las líneas L1 a Ln se suceden según una dirección 22 paralela a un lado mayor de la barra 21. Estas líneas tienen una forma general de "V" y los ejes de simetría de estas "V" son todos paralelos a una dirección 23 que es perpendicular a la dirección 22, dirigiéndose alternativamente las aberturas de las "V" en sentidos contrarios. La "altura" común de todas las líneas L1 a Ln está referenciada por h (dimensión de las líneas medida paralelamente a la dirección 23). En el detalle, y como se ha representado en la figura 4 para cuatro líneas sucesivas Lm-1, Lm, Lm+2, todas las líneas se realizan del modo siguiente, como se ha explicado a continuación para la línea Lm, idéntica a todas las demás líneas, alternándose solo la orientación de las líneas de una línea a la siguiente.

El eje de simetría de la línea Lm está referenciado por 24, y solo se describe aquí una mitad de esta línea (a la izquierda del eje 24, tal como se aprecia en la figura 4), deduciéndose con ello la otra mitad la simetría con relación al eje 24. La línea Lm comprende un primer tramo rectilíneo 25 que se extiende sobre prácticamente la mitad de la altura h. Este tramo es paralelo al eje 24 está con ello distante en aproximadamente h/2. El tramo 25 es seguido de un tramo 26 que le es perpendicular y se dirige hacia el eje 24 sin alcanzarlo sin embargo. El tramo 26 se prolonga por un tramo 27 paralelo al eje 24, que se prolonga así mismo por un tramo 28 perpendicular al eje 24 y que llega hasta el eje 24. La otra mitad de la línea Lm se compone de los tramos 25a a 28a, respectivamente simétricos de los tramos 25 a 28 con relación al eje 24.

Suponiendo D la distancia entre los tramos 25 y 25a. Según un modo de realización preferido, la suma de las longitudes de los tramos 28 y 28a es sustancialmente igual a D/3, y de ello resulta que las longitudes de los tramos 26 y 26a son prácticamente iguales cada una a D/3.

Las líneas sucesivas L1 a Ln están muy próximas las unas de las otras, con el fin de asegurar entre ellas un acoplamiento óptimo. Como se ha indicado en la figura 4, la distancia d entre dos líneas adyacentes es ventajosamente de algunas decenas de micrómetros y de preferencia inferior a 100 \mum para líneas de filtros que pueden funcionar a frecuencias comprendidas entre 2 y 20 GHz, por ejemplo.

El filtro de paso bajo 29 de la barra 2.1 se realiza de forma conocida en sí por lo que respecta a su topología, residiendo la diferencia importante con relación a los filtros de paso bajo conocidos que funcionan a frecuencias similares en el hecho de que los elementos conductores del filtro de paso bajo de la invención son, no capas metálicas clásicas (Cu, Au,...) sino compuestos de capas finas supraconductoras depositadas sobre la misma barra de substrato 21 que la que lleva el filtro pasabanda descrito anteriormente. Por este motivo, solo se describirá aquí brevemente el filtro de paso bajo 29. Este filtro 29 comprende varias células. L-C, por ejemplo nueve células 30.1 a 30.9. Cada una de estas células 30.1 a 30.9 se compone de una línea estrecha, eventualmente replegada en meandros y haciendo las veces de inductancia (referenciada 31.3 para la célula 30.3 solamente, para simplificar el dibujo) y por una placa rectangular (referenciada por 32.3 para la célula 30.3) haciendo las veces de condensador con la metalización de la otra superficie del substrato 21 (no visible en el dibujo). En el ejemplo representado en la figura 2, los electrodos de los condensadores de las células 30.1 a 30.8 son de idénticas dimensiones, mientras que las de la célula 30.9 es de dimensiones más pequeñas. Las inductancias de las células 30.2 a 30.8 son idénticas, mientras que las de las células 30.1 y 30.9 son más pequeñas. El condensador de la última célula está conectado con un pequeño bloque S1 que constituye el borne de salida hacia el par siguiente (o hacia el terminal para el par 2.5). Bien entendido, las dimensiones relativas de las inductancias y de los condensadores de las diferentes células del filtro de paso bajo se determinan en función de las impedancias relativas del filtro y de los elementos conectados en su entrada y en su salida, pudiendo la adaptación de la impedancia ser tomada a cargo por la primera y la última células, o bien ser progresiva y afectar a células próximas. Llegado el caso, las formas y dimensiones de los conductores que unen las células del filtro a los bornes 15 y 16 son tales que estos conductores aseguran una parte de la adaptación de impedancia. En el ejemplo representado en la figura 2, la inductancia 30.1 está conectada no directamente al borne de entrada E, sino a la línea L12 del filtro pasabanda, casi en su centro, pero se entiende que esta conexión podría realizarse de distinto modo (inductancia 30.1 conectada directamente con el borne E o en otro lugar de la línea L12). Bien entendido, no solamente todos los elementos de cada barra 2.1 a 2.5 son de material supraconductor, sino igualmente las conexiones entre barras, siendo llevado el conjunto de circuitos representados en la figura 1 a una temperatura inferior a la temperatura crítica de este material supraconductor.

El dispositivo separador descrito aquí presenta las ventajas siguientes:

-

gracias al hecho de que todos sus elementos conductores son de material supraconductor, las pérdidas de inserción que produce son muy reducidas gracias a la baja resistencia de superficie de este material;

-

gracias a estas pérdidas de inserción reducidas, se puede conectar el separador en cabeza, inmediatamente detrás de la antena. Este separador es seguido entonces por amplificadores, lo cual suprime o disminuye muy fuertemente los armónicos que, dicho de otro modo se producirían por estos amplificadores;

-

se reduce la distorsión de intermodulación de las etapas heterodinas;

-

se aumenta la anchura de banda instantánea;

-

se aumenta la rigidez de los flancos de la característica atenuación/frecuencia de los filtros de paso bajo y pasabanda, pues se puede aumentar el número de células de cada filtro gracias a su resistencia muy baja;

-

se suprime prácticamente todo conflicto entre bandas contiguas gracias al hecho de que los circuitos de los filtros formados en las barras (2.1 a 2.5) puede tener dimensiones muy precisas y gracias al hecho de que las frecuencias se tratan en el orden decreciente de sus valores;

-

los agujeros entre bandas contiguas pueden suprimirse por la utilización de dos separadores de bandas desplazadas.

Además, gracias a la refrigeración de los circuitos supraconductores a una temperatura bien precisa, se elimina prácticamente cualquier deriva de fase y se elimina la necesidad de calibrados frecuentes de los receptores.

Claims (2)

1. Dispositivo separador para receptores de hiperfrecuencias de banda ancha, caracterizado por el hecho de que comprende un conjunto de pares de filtros pasabanda y de paso bajo (2.1 a 2.5) y porque en cada par de filtros relacionados con una banda de frecuencias Fb_{n}-Fh_{n} a separar de un conjunto de bandas, el filtro pasabanda tiene una banda pasante comprendida entre Fb_{n} y Fh_{n} (con Fb_{n} < Fh_{n}), mientras que el filtro de paso bajo tiene una frecuencia de corte situada en Fh_{n-1}, siendo todos los filtros de material supraconductor, refrigerado, en funcionamiento, a una temperatura inferior a la temperatura crítica de este material, realizándose cada par de filtros en una misma barra individual (21) y teniendo una entrada común (E) a la cual se conecta directamente el filtro de paso bajo y el filtro pasabanda de esta misma barra, y por el hecho de que la salida (S) de banda separada es la del filtro pasabanda, y porque la salida (S1) hacia el par siguiente (6, 8, 10, 12) o hacia un terminal (14) es la del filtro de paso bajo.

2. Dispositivo separador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los pares de filtros están dispuestos, a partir de la entrada del separador, en el orden decreciente de las bandas de frecuencias a separar (vía 5 a vía 1).