Filter Design in Coaxial Cavities
Author
Morán López, AnaAdvisor
Ruiz Cruz, Jorge AlfonsoEntity
UAM. Departamento de Tecnología Electrónica y de las ComunicacionesDate
2015-07Subjects
Filtros eléctricos; TelecomunicacionesEsta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
A classical topic in Telecommunication Engineering is filter design at microwave frequencies. It
constitutes a complex problem and therefore the whole process is divided into several stages,
whose analysis is the general aim of this study.
Firstly the approximation problem is addressed by means of the generalised Chebychev method.
After a process of finite transmission zeros allocation is carried out, the design polynomials are
obtained. They meet the specifications typically given in the frequency domain.
From the design polynomials of the preceding stage the synthesis of the coupling matrix is
developed. The coupling matrix stores information which can be directly translated into useful
equivalent circuits upon which filter design at microwave frequencies is based. Sometimes there
are values (i.e. called couplings) that must be annihilated in order to obtain a practical circuit
topology. Towards that end matrix rotations are introduced.
Regarding physical filter design, this study raises three different approaches. In the context
of lowpass filters, a stepped impedance filter is designed in coaxial technology. Both circuital
and full-wave optimization are introduced under this scenario. With respect to bandpass filters,
several waveguide direct-coupled filters are designed. Their full-wave responses are optimized
for the sake of improvement. Finally, in the same scenario of bandpass filter design a further
step is taken, and a method based on sequential stages is proposed. It is applied over a combline
filter in the S-Band for mobile communications.
Budget and time constraints have prevented us from doing the manufacturing process, which
could be addresses in the near future. Un escenario típico en Ingeniería de Telecomunicación es el diseño de filtros de radiofrecuencia.
Es un problema complejo, por lo que habitualmente se aborda en varias etapas. El análisis de
las mismas es el propósito general de este trabajo.
En primer lugar se decide resolver el problema de la aproximación por medio del método generalizado
de Chebychev. Tras el establecimiento de los pertinentes ceros de transmisión finitos,
este método obtiene los polinomios de diseño. La respuesta asociada a dichos polinomios cumple
las especificaciones de diseño, típicamente dadas a través de una máscara en el dominio de la
frecuencia.
En la siguiente etapa de diseño se enmarca la síntesis de la matriz de acoplos. La información
numérica que almacena esta matriz se traduce directamente en un equivalente circuital.
El diseño de filtros de radiofrecuencia sienta sus bases en la aproximación de estructuras de
radiofrecuencia a modelos equivalentes, por lo que la matriz de acoplos se convierte en una
herramienta de gran utilidad. Se introduce adicionalmente el concepto de rotación como proceso
adicional de eliminación de acoplos. Dicho proceso puede ser requerido para obtener una
implementación sencilla en las estructuras típicas de radiofrecuencia.
Con respecto a la realización física de filtros, se plantean tres aproximaciones. En el contexto
de los filtros paso bajo se diseña un filtro de secciones cortas en coaxial. En este escenario
se introducen tanto la optimización circuital como la electromagnética. Con respecto a los
filtros paso banda, se diseñan varios filtros de cavidades de acoplos directos. Una vez finalizado
su diseño se lleva a cabo un proceso adicional de optimización para mejorar sus prestaciones.
Finalmente, en este mismo escenario de aproximaciones paso banda se propone un método
basado en subdivisión de etapas. Dicho método se aplica en el diseño de un filtro combline en
banda S para comunicaciones móviles.
Por limitaciones de tiempo y presupuesto no se ha llevado a cabo la fabricación de ningún prototipo,
quedando esta tarea como objetivo a desarrollar en un futuro cercano.
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