ES2317734B1 - Lineas de transmision artificiales zurdas. - Google Patents
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Abstract
Líneas de transmisión artificiales zurdas.
Se caracteriza por el hecho de que comprende un
medio de transmisión planar de tipo microstrip, coplanar o en
cinta, o variantes de los mismos, y por el hecho de que comprende
por lo menos una etapa consistente en un resonador de anillos
abiertos y un elemento adicional para la obtención de un medio
propagativo con ondas de retroceso conocido como medio zurdo.
También comprenden uniones metálicas entre la
tira central conductora y el plano de masa.
Se obtienen líneas de transmisión artificiales
zurdas con características controlables (longitud eléctrica e
impedancia característica) basadas en resonadores de anillos
abiertos y también una mayor flexibilidad que permite obtener una
mayor controlabilidad de la respuesta frecuencial de la línea
artificial.
Description
Líneas de transmisión artificiales zurdas.
La presente invención se refiere a líneas de
transmisión artificiales planas con características controlables
implementadas mediante resonadores de anillos abiertos y con
características de propagación correspondientes a un medio que
soporta ondas de retroceso, o medio zurdo.
Son conocidas líneas de transmisión planares
consistentes de un tira metálica conductora separada de una (o
varias) superficies metálicas o planos de masa mediante un
dieléctrico o combinación de varios dieléctricos. En tales líneas
de transmisión se produce la propagación de señales
electromagnéticas cuando se excita, mediante una señal de tensión o
corriente, uno de los extremos de dicha tira conductora en
referencia al plano de masa, propagándose la señal hacia el otro
extremo de la línea de transmisión. Dentro de las líneas de
transmisión conocidas, existen diversas configuraciones,
dependiendo de la disposición relativa entre el o los dieléctricos,
la tira conductora y los planos de masa, tales como la línea
microtira, la línea coplanar (o guía de ondas coplanar) y línea
stripline, entre
otras.
otras.
También son conocidas líneas de transmisión
artificiales basadas en líneas de transmisión planas convencionales
(líneas host) cargadas con resonadores de anillos abiertos o
con resonadores de anillos abiertos complementarios y topologías de
ellos derivadas. En tales estructuras, los resonadores de anillos
abiertos o los resonadores de anillos abiertos complementarios se
disponen de manera tal que se produzca un determinado acoplamiento
magnético y/o eléctrico entre dichos resonadores y la línea de
transmisión host. Además son necesarios elementos
adicionales para obtener las características de un medio propagativo
en la vecindad de la frecuencia de resonancia de tales resonadores
de anillos abiertos o resonadores de anillos abiertos
complementarios. En el primer caso son necesarios elementos
inductivos en derivación, que en la práctica se pueden implementar
mediante uniones metálicas entre la tira conductora y los planos de
masa. En el segundo caso son necesarios gaps capacitivos en
configuración serie con la línea de transmisión. En ambos casos se
consiguen medios propagativos con las características de una
estructura zurda en una cierta banda de frecuencia alrededor de la
frecuencia de resonancia.
Mediante las mencionadas estructuras basadas en
resonadores de anillos abiertos o en resonadores de anillos
abiertos complementarios, se obtienen medios propagativos
artificiales con las características de un medio zurdo, pero en
ningún caso se tiene control sobre los parámetros que caracterizan
la línea de transmisión, esto es la constante de fase y la
impedancia característica, o relación entre las ondas de tensión y
corriente en la línea.
Una limitación de las líneas de transmisión
convencionales anteriormente citadas concierne al limitado rango de
impedancias características que se pueden obtener. Además, dichas
líneas de transmisión tienen una longitud física que depende y es
aproximadamente proporcional a la longitud eléctrica de la línea, o
desfase entre la señal a la entrada y a la salida de la línea de
transmisión. Tal longitud eléctrica puede ser pues considerable si
se desean implementar líneas de transmisión con un desfase
significativo.
Una limitación de las mencionadas líneas de
transmisión artificiales basadas en resonadores de anillos abiertos
o en resonadores de anillos abiertos complementarios, radica en el
hecho de que mediante tales estructuras no se ha propuesto un
método para controlar a voluntad las características eléctricas
(impedancia característica y longitud eléctrica) de la línea
artificial.
El objetivo de la presente invención es resolver
los inconvenientes antes mencionados, desarrollando líneas de
transmisión artificiales zurdas con características controlables
(longitud eléctrica e impedancia característica) basadas en
resonadores de anillos abiertos o en resonadores de anillos abiertos
complementarios.
De acuerdo con este objetivo, las líneas de
transmisión artificiales zurdas de la presente invención se
caracterizan por el hecho de que comprenden un medio de transmisión
planar, por el hecho de que comprende al menos una etapa
consistente en un resonador de anillos abiertos (o resonador de
anillos abierto complementario) y un elemento adicional para la
obtención de un medio propagativo con ondas de retroceso (medio
zurdo), y por el hecho de que se puede controlar el valor de la
impedancia característica y la longitud eléctrica de la línea a la
frecuencia de operación deseada.
Estas características permiten realizar líneas
de transmisión de reducidas dimensiones, debido a que las
dimensiones de los resonadores de anillos abiertos son menores que
la longitud de onda a la frecuencia de resonancia de los mismos.
Además, se pueden implementar mediante esta técnica líneas
artificiales con impedancias características que pueden variar en
un amplio rango, típicamente muy superior a aquel que se puede
alcanzar mediante líneas de transmisión planas convencionales.
Además, en la medida que los dieléctricos y
metales utilizados para su fabricación tengan bajos niveles de
pérdidas y resistividad, respectivamente, las líneas artificiales
objeto de la presente invención presentan bajas pérdidas de
inserción a las frecuencias de operación, su diseño es simple y su
proceso de fabricación es compatible con las tecnologías de
fabricación de circuitos impresos e integrados.
Preferiblemente los resonadores de anillos
abiertos son complementarios, están grabados en el plano de masa
metálico o bien en la tira central conductora y están acoplados
eléctricamente a la línea de transmisión, y existe un gap
capacitivo dispuesto en serie con la tira conductora. Dichos
resonadores de anillos abiertos complementarios pueden ser de
geometría circular o poliédrica en general, pueden tener uno o más
cortes en cada anillo del par. Alternativamente, los resonadores se
pueden implementar mediante espirales complementarias, igualmente
gravadas en el plano de masa metálico. Además la línea de
transmisión artificial requiere de un elemento adicional
consistente de al menos un gap capacitivo gravado en la tira
conductora y dispuesto encima de la zona ocupada por los resonadores
de anillos abiertos o bien fuera de ella.
Adicionalmente, para incrementar el ancho de
banda de la línea artificial se puede disponer un elemento metálico
(o stub), conectado a masa mediante una via metálica, a modo
de inducción en derivación entre la tira conductora y el plano de
masa.
Según otra realización, los resonadores de
anillos abiertos son metálicos (no complementarios), y están
grabados de manera que se produzca acoplamiento magnético entre la
tira conductora y tales resonadores de anillos abiertos metálicos
existiendo uniones metálicas entre la tira conductora y el plano de
masa. Dichos resonadores de anillos abiertos pueden ser de
geometría circular o poliédrica en general, y pueden tener uno o más
cortes en cada anillo del par. Alternativamente, los resonadores se
pueden implementar mediante espirales metálicas, o bien mediante
anillos grabados en diferentes niveles de metal para conseguir un
mayor acoplo capacitivo entre los anillos que forman el resonador y
por tanto un mayor nivel de miniaturización de tales resonadores.
Según esta realización, para la obtención de una línea de
transmisión artificial se requiere además de elementos adicionales,
es decir de al menos un stub (a modo de inducción en
derivación) entre la tira conductora y el plano de masa.
Preferiblemente, la línea de transmisión planar
host es de tipo microtira, coplanar cinta, o variantes de
las mismas. Gracias a esta característica, las líneas de transmisión
artificiales se pueden implementar en cualquier tipo de tecnología
planar, compatible con los procesos de fabricación de circuitos
impresos o integrados. La línea de transmisión de cinta es conocida
como "stripline".
Ventajosamente, mediante las líneas de
transmisión artificiales zurdas de la presente invención se pueden
obtener medios propagativos planares con impedancia característica
controlable en un amplio margen, así como también se puede
controlar la longitud eléctrica, y ello con tamaños reducidos
gracias a las pequeñas dimensiones de los resonadores de anillos
abiertos y de los resonadores de anillos abiertos
complementarios.
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Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto,
se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a
título de ejemplo no limitativo, se representa una realización
preferida de las líneas de transmisión artificiales zurdas objeto
de la presente invención y la respuesta frecuencial correspondiente
a una línea de transmisión artificial con una impedancia
característica de 70\Omega y una longitud eléctrica a la
frecuencia de operación (1.5 GHz) de 90º.
La figura 1 muestra una realización preferida
para una línea de transmisión artificial zurda implementada mediante
un resonador de anillos abiertos complementarios grabados en el
plano de masa de una línea microtira. Además la línea artificial
contiene un gap capacitivo grabado en la tira conductora.
La figura 2 muestra el circuito eléctrico
equivalente de la línea artificial mostrada en la figura 1.
La figura 3 muestra un gráfico de la respuesta
frecuencial de la línea cuyas características a la frecuencia de
diseño son de una impedancia característica de 70\Omega y una
longitud eléctrica de 90º.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 de la presente invención muestra una
línea de transmisión artificial zurda implementada en tecnología
microtira. Se muestra la cara anterior 1 y posterior 2 del substrato
dieléctrico 3. En la cara posterior del substrato se ha grabado un
resonador de anillos abiertos complementarios 4 en el plano de masa
metálico 5. En la cara anterior, el gap capacitivo 6 se
dispone en serie con la tira conductora 7.
La figura 2 muestra el circuito equivalente de
la línea artificial de la figura 1, consistente en una capacidad
serie C_{g} que modela el gap capacitivo, una inducción L
que modela la línea host, y una capacidad de acoplo C entre
la tira conductora y los resonadores de anillos abiertos, los cuales
se modelan mediante un resonador paralelo formado por la capacidad
C_{c} y la inducción L_{c}.
\newpage
El procedimiento de diseño de la línea
artificial correspondiente a la realización preferida consiste en
determinar los elementos del circuito equivalente según las
siguientes ecuaciones:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde
\omega_{C}=2\pif_{c}, siendo f_{c} la
frecuencia de operación de la línea artificial, Z_{c} la
impedancia característica de la línea artificial y \phi_{c} la
longitud eléctrica de la línea. \omega_{H} y \omega_{L} son
dos frecuencias situadas respectivamente por encima y por debajo de
la frecuencia \omega_{C} que se establecen arbitrariamente pero
con la condición de que los parámetros eléctricos de la línea de
transmisión artificial, y que aparecen en la figura 2, sean
positivos. El parámetro L se elige de manera que la frecuencia de
resonancia asociada al resonador formado por la capacidad C_{g} y
el inductor L quede por encima de la frecuencia \omega_{C}. A
partir de tales parámetros, se obtiene la geometría de la línea de
transmisión artificial mediante modelos conocidos que permiten
obtener las dimensiones a partir de los parámetros eléctricos, y se
ajustan las dimensiones mediante optimizadores para obtener las
características deseadas (impedancia característica y longitud
eléctrica) para la frecuencia de operación
f_{c}.
Alternativamente, para incrementar el ancho de
banda de la línea artificial se puede elegir la inductancia L de
manera que la frecuencia de resonancia correspondiente al resonador
formado por los elementos L y C_{g} coincida con la resonancia de
los resonadores de anillos abiertos complementarios, formados por
los elementos L_{c} y C_{c}.
Alternativamente, los resonadores de anillos
abiertos complementarios pueden tener geometría poliédrica y/o
pueden presentar más de una abertura y/o pueden realizarse en
configuración de espiral.
Adicionalmente se podrá introducir una unión
metálica entre la tira conductora y el plano de masa a modo de
inducción en derivación al efecto de conseguir una mayor
flexibilidad de diseño que permita obtener una respuesta frecuencial
de la línea artificial con un mayor ancho de banda.
Alternativamente la línea de transmisión
artificial zurda se puede implementar mediante cualquier otro tipo
de medio de transmisión planar y mediante resonadores de anillos
abiertos metálicos en acoplamiento magnético con la línea de
transmisión. En este caso, los resonadores de anillos abiertos
metálicos se grabarán de manera que se magnifique tal acoplamiento
magnético. También en este caso, se dispondrán uniones metálicas
(stubs) para poder conseguir las características de un medio
propagativo a la frecuencia de operación deseada.
La figura 3 muestra el gráfico correspondiente a
la respuesta frecuencial 8 de la línea de transmisión artificial 1
descrita en la presente invención, donde se han considerado puertos
de 70\Omega de impedancia y se puede apreciar la buena adaptación
de la línea a la frecuencia de operación de la misma, que se ha
fijado en 1.5 GHz. También en la figura 3 se puede apreciar la fase
del coeficiente de transmisión 9 de la citada estructura, donde se
puede apreciar una variación de 90º a la frecuencia de operación de
la línea.
A pesar de que se ha descrito y representado una
realización concreta de la presente invención, es evidente que el
experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o
sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin
apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (6)
1. Línea de transmisión artificial planar para
microondas y ondas milimétricas caracterizada por el hecho de
que comprende un medio de transmisión planar de tipo microstrip,
coplanar o en cinta, o variantes de los mismos, y por el hecho de
que comprende por lo menos una etapa consistente en un resonador de
anillos abiertos y un elemento adicional para la obtención de un
medio propagativo con ondas de retroceso (medio zurdo).
2. Línea de transmisión artificial planar según
la reivindicación 1 caracterizada por el hecho de que los
resonadores de anillos abiertos son complementarios y están grabados
en el plano de masa o bien en la tira central conductora, y por el
hecho de que existe un gap capacitivo dispuesto en serie con
la tira conductora.
3. Línea de transmisión artificial planar según
la reivindicación 2 caracterizada por el hecho de que existen
uniones metálicas entre la tira central conductora y el plano de
masa, obteniéndose una mayor flexibilidad que permite obtener una
mayor controlabilidad de la respuesta frecuencial de la línea
artificial.
4. Línea de transmisión artificial planar según
la reivindicación 1 caracterizada por el hecho de que los
resonadores de anillos abiertos son metálicos y están grabados de
manera que se produzca acoplamiento magnético entre la tira
conductora y tales resonadores de anillos abiertos metálicos y por
el hecho de que existen uniones metálicas entre la tira conductora y
el plano de masa.
5. Línea de transmisión artificial planar según
la reivindicación 4 caracterizada por el hecho de que existen
gaps capacitivos en serie con la tira central conductora,
obteniéndose una mayor flexibilidad que permite obtener una mayor
controlabilidad de la respuesta frecuencial de la línea
artificial.
6. Línea de transmisión artificial planar según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada
por el hecho de que los anillos abiertos son de geometría circular o
poliédrica, presentan una pluralidad de aberturas y o elementos
metálicos grabados en uno o más niveles de metal.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200601386A ES2317734B1 (es) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Lineas de transmision artificiales zurdas. |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200601386A ES2317734B1 (es) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Lineas de transmision artificiales zurdas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2317734A1 ES2317734A1 (es) | 2009-04-16 |
| ES2317734B1 true ES2317734B1 (es) | 2010-02-04 |
Family
ID=38778152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200601386A Active ES2317734B1 (es) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Lineas de transmision artificiales zurdas. |
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Families Citing this family (2)
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-
2006
- 2006-05-26 ES ES200601386A patent/ES2317734B1/es active Active
-
2007
- 2007-05-25 WO PCT/ES2007/000307 patent/WO2007138133A1/es not_active Ceased
Non-Patent Citations (4)
| Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2317734A1 (es) | 2009-04-16 |
| WO2007138133A1 (es) | 2007-12-06 |
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|---|---|---|---|
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