Un filtro de elementos distribuidos es un filtro electrónico en el que la capacitancia , la inductancia y la resistencia (los elementos del circuito) no están localizadas en condensadores , inductores y resistencias discretos como lo están en los filtros convencionales. Su propósito es permitir el paso de un rango de frecuencias de señal , pero bloquear otras. Los filtros convencionales se construyen a partir de inductores y condensadores, y los circuitos así construidos se describen mediante el modelo de elementos agrupados , que considera que cada elemento está "agrupado" en un solo lugar. Ese modelo es conceptualmente simple, pero se vuelve cada vez menos confiable a medida que aumenta la frecuencia de la señal o, equivalentemente, a medida que disminuye la longitud de onda . El modelo de elementos distribuidos se aplica a todas las frecuencias y se utiliza en la teoría de líneas de transmisión ; Muchos componentes de elementos distribuidos están hechos de tramos cortos de líneas de transmisión. En la vista distribuida de los circuitos, los elementos están distribuidos a lo largo de los conductores y están inextricablemente mezclados. El diseño del filtro generalmente se ocupa únicamente de la inductancia y la capacitancia, pero debido a esta mezcla de elementos no pueden tratarse como capacitores e inductores "agrupados" separados. No existe una frecuencia precisa por encima de la cual se deben utilizar filtros de elementos distribuidos pero están especialmente asociados a la banda de microondas (longitud de onda inferior a un metro).
Los filtros de elementos distribuidos se utilizan en muchas de las mismas aplicaciones que los filtros de elementos agrupados, como la selectividad del canal de radio, la limitación de banda de ruido y la multiplexación de muchas señales en un canal. Los filtros de elementos distribuidos pueden construirse para tener cualquiera de las formas de banda posibles con elementos agrupados ( paso bajo , paso de banda , etc.) con la excepción del paso alto , que generalmente solo es aproximado. Todas las clases de filtro utilizadas en diseños de elementos agrupados ( Butterworth , Chebyshev , etc.) se pueden implementar utilizando un enfoque de elementos distribuidos.
Hay muchas formas de componentes que se utilizan para construir filtros de elementos distribuidos, pero todos tienen la propiedad común de provocar una discontinuidad en la línea de transmisión. Estas discontinuidades presentan una impedancia reactiva a un frente de onda que viaja a lo largo de la línea, y estas reactancias se pueden elegir por diseño para que sirvan como aproximaciones para inductores , condensadores o resonadores concentrados , según lo requiera el filtro. [4]
El desarrollo de filtros de elementos distribuidos fue impulsado por la necesidad militar de radares y contramedidas electrónicas durante la Segunda Guerra Mundial. Los filtros analógicos de elementos concentrados se habían desarrollado mucho antes, pero estos nuevos sistemas militares operaban en frecuencias de microondas y se requerían nuevos diseños de filtros. Cuando terminó la guerra, la tecnología encontró aplicaciones en los enlaces de microondas utilizados por las compañías telefónicas y otras organizaciones con grandes redes de comunicaciones fijas, como las emisoras de televisión. Hoy en día, la tecnología se puede encontrar en varios artículos de consumo producidos en masa, como los convertidores (la figura 1 muestra un ejemplo) utilizados con las antenas parabólicas de televisión por satélite .
Los filtros de elementos distribuidos se utilizan principalmente en frecuencias superiores a la banda VHF (muy alta frecuencia) (30 a 300 MHz ). En estas frecuencias, la longitud física de los componentes pasivos es una fracción significativa de la longitud de onda de la frecuencia operativa, y resulta difícil utilizar el modelo de elementos agrupados convencional . El punto exacto en el que se vuelve necesario el modelado de elementos distribuidos depende del diseño particular que se considere. Una regla general común es aplicar el modelado de elementos distribuidos cuando las dimensiones de los componentes son mayores que 0,1λ. La creciente miniaturización de la electrónica ha significado que los diseños de circuitos sean cada vez más pequeños en comparación con λ. Las frecuencias más allá de las cuales se hace necesario un enfoque de elementos distribuidos para el diseño de filtros son cada vez más altas como resultado de estos avances. Por otra parte, las dimensiones de la estructura de la antena suelen ser comparables a λ en todas las bandas de frecuencia y requieren el modelo de elementos distribuidos. [5]
La diferencia más notable en el comportamiento entre un filtro de elementos distribuidos y su aproximación de elementos agrupados es que el primero tendrá múltiples réplicas de banda de paso de la banda de paso prototipo de elementos agrupados , porque las características de transferencia de la línea de transmisión se repiten a intervalos armónicos. Estas bandas de paso espurias no son deseables en la mayoría de los casos. [6]
Para mayor claridad de presentación, los diagramas de este artículo se dibujan con los componentes implementados en formato de línea de franjas . Esto no implica una preferencia de la industria, aunque los formatos de líneas de transmisión planas (es decir, formatos en los que los conductores consisten en tiras planas) son populares porque pueden implementarse utilizando técnicas establecidas de fabricación de placas de circuito impreso . Las estructuras mostradas también pueden implementarse mediante técnicas de microstrip o stripline enterrado (con ajustes adecuados de dimensiones) y pueden adaptarse a cables coaxiales , conductores gemelos y guías de ondas , aunque algunas estructuras son más adecuadas para algunas implementaciones que otras. Las implementaciones de alambre abierto, por ejemplo, de varias estructuras se muestran en la segunda columna de la figura 3 y se pueden encontrar equivalentes de alambre abierto para la mayoría de las otras estructuras de líneas de tira. Las líneas de transmisión planas también se utilizan en diseños de circuitos integrados . [7]
El desarrollo de filtros de elementos distribuidos comenzó en los años previos a la Segunda Guerra Mundial. Warren P. Mason fundó el campo de los circuitos de elementos distribuidos . [8] Mason y Sykes publicaron un artículo importante sobre el tema en 1937. [9] Mason había presentado una patente [10] mucho antes, en 1927, y esa patente puede contener el primer diseño eléctrico publicado que se aleja de un Análisis de elementos agrupados. [11] El trabajo de Mason y Sykes se centró en los formatos de cable coaxial y pares de cables balanceados; las tecnologías planas aún no estaban en uso. Gran parte del desarrollo se llevó a cabo durante los años de la guerra impulsado por las necesidades de filtrado del radar y las contramedidas electrónicas . Gran parte de esto se realizó en el Laboratorio de Radiación del MIT , [12] pero también participaron otros laboratorios en los EE. UU. y el Reino Unido. [13] [14]
Se necesitaban algunos avances importantes en la teoría de redes antes de que los filtros pudieran avanzar más allá de los diseños de tiempos de guerra. Una de ellas fue la teoría de la línea proporcional de Paul Richards . [15] Las líneas proporcionales son redes en las que todos los elementos tienen la misma longitud (o en algunos casos múltiplos de la unidad de longitud), aunque pueden diferir en otras dimensiones para dar diferentes impedancias características. La transformación de Richards permite tomar un diseño de elementos agrupados "tal cual" y transformarlo directamente en un diseño de elementos distribuidos utilizando una ecuación de transformación muy simple. [dieciséis]
La dificultad con la transformación de Richards desde el punto de vista de la construcción de filtros prácticos fue que el diseño de elementos distribuidos resultante incluía invariablemente elementos conectados en serie . Esto no era posible de implementar en tecnologías planas y, a menudo, resultaba inconveniente en otras tecnologías. Este problema fue resuelto por K. Kuroda quien utilizó transformadores de impedancia para eliminar los elementos en serie. Publicó una serie de transformaciones conocidas como las identidades de Kuroda en 1955, pero su trabajo fue escrito en japonés y pasaron varios años antes de que sus ideas se incorporaran a la literatura en idioma inglés. [17]
Después de la guerra, una importante vía de investigación fue intentar aumentar el ancho de banda de diseño de los filtros de banda ancha. El enfoque utilizado en ese momento (y todavía en uso hoy en día) era comenzar con un filtro prototipo de elementos agrupados y, a través de varias transformaciones, llegar al filtro deseado en forma de elementos distribuidos. Este enfoque parecía estar estancado en un Q mínimo de cinco (consulte Filtros de paso de banda a continuación para obtener una explicación de Q ). En 1957, Leo Young del Instituto de Investigación de Stanford publicó un método para diseñar filtros que comenzaba con un prototipo de elementos distribuidos. [18] Este prototipo se basó en transformadores de impedancia de un cuarto de onda y fue capaz de producir diseños con anchos de banda de hasta una octava , correspondiente a una Q de aproximadamente 1,3. Algunos de los procedimientos de Young en ese artículo eran empíricos, pero más tarde [19] se publicaron soluciones exactas. El artículo de Young aborda específicamente los resonadores de cavidad acoplados directamente, pero el procedimiento se puede aplicar igualmente a otros tipos de resonadores acoplados directamente, como los que se encuentran en las tecnologías planas modernas y que se ilustran en este artículo. El filtro de separación capacitivo (figura 8) y el filtro de líneas acopladas en paralelo (figura 9) son ejemplos de resonadores acoplados directamente. [dieciséis]
representa una correa a través del tablero que hace conexión con el plano de tierra que se encuentra debajo.La introducción de tecnologías planas impresas simplificó enormemente la fabricación de muchos componentes de microondas, incluidos filtros, y entonces se hicieron posibles los circuitos integrados de microondas. No se sabe cuándo se originaron las líneas de transmisión planas, pero ya en 1936 se registraron experimentos en su uso. [20] Sin embargo, se conoce al inventor de la línea de banda impresa; Este fue Robert M. Barrett quien publicó la idea en 1951. [21] Esto se popularizó rápidamente, y la línea de tiras de Barrett pronto tuvo una feroz competencia comercial de los formatos planos rivales, especialmente triplate y microstrip . El término genérico stripline en el uso moderno generalmente se refiere a la forma entonces conocida como triplate . [22]
Los primeros filtros resonadores de línea de banda acoplados directamente estaban acoplados en los extremos, pero la longitud se redujo y la compacidad aumentó sucesivamente con la introducción de filtros de línea acoplados en paralelo, [23] filtros interdigitales, [24] y filtros de línea de peine. [25] Gran parte de este trabajo fue publicado por el grupo de Stanford dirigido por George Matthaei, y que también incluyó a Leo Young mencionado anteriormente, en un libro histórico que todavía hoy sirve como referencia para los diseñadores de circuitos. [26] [27] El filtro de horquilla se describió por primera vez en 1972. [28] [29] En la década de 1970, se habían descrito la mayoría de las topologías de filtro de uso común en la actualidad. [30] Las investigaciones más recientes se han concentrado en clases matemáticas nuevas o variantes de los filtros, como los pseudoelípticos , mientras siguen utilizando las mismas topologías básicas, o con tecnologías de implementación alternativas como las líneas suspendidas y las líneas fininas . [31]
La aplicación no militar inicial de los filtros de elementos distribuidos fue en los enlaces de microondas utilizados por las empresas de telecomunicaciones para proporcionar la columna vertebral de sus redes. Estos enlaces también fueron utilizados por otras industrias con grandes redes fijas, en particular las emisoras de televisión. [32] Estas solicitudes formaban parte de grandes programas de inversión de capital. Sin embargo, la fabricación en masa hizo que la tecnología fuera lo suficientemente barata como para incorporarla en los sistemas nacionales de televisión por satélite . [33] Una aplicación emergente son los filtros superconductores para su uso en las estaciones base celulares operadas por compañías de telefonía móvil. [34]
La estructura más sencilla que se puede implementar es un paso en la impedancia característica de la línea, que introduce una discontinuidad en las características de transmisión. En las tecnologías planas, esto se hace mediante un cambio en el ancho de la línea de transmisión. La Figura 4(a) muestra un aumento en la impedancia (las líneas más estrechas tienen mayor impedancia). Un paso hacia abajo en la impedancia sería la imagen especular de la figura 4(a). La discontinuidad se puede representar aproximadamente como un inductor en serie, o más exactamente, como un circuito T de paso bajo, como se muestra en la figura 4(a). [35] A menudo se acoplan múltiples discontinuidades con transformadores de impedancia para producir un filtro de orden superior . Estos transformadores de impedancia pueden ser solo una longitud corta (a menudo λ/4) de línea de transmisión. Estas estructuras compuestas pueden implementar cualquiera de las familias de filtros ( Butterworth , Chebyshev , etc.) aproximando la función de transferencia racional del filtro de elementos agrupados correspondiente. Esta correspondencia no es exacta ya que los circuitos de elementos distribuidos no pueden ser racionales y es la razón fundamental de la divergencia entre el comportamiento de elementos agrupados y de elementos distribuidos. Los transformadores de impedancia también se utilizan en mezclas híbridas de filtros concentrados y de elementos distribuidos (las llamadas estructuras semiconcentradas). [36]
Otro componente muy común de los filtros de elementos distribuidos es el trozo . En un rango estrecho de frecuencias, un trozo se puede utilizar como condensador o inductor (su impedancia está determinada por su longitud), pero en una banda ancha se comporta como un resonador. Los trozos de cortocircuito, nominalmente de un cuarto de longitud de onda (figura 3(a)) se comportan como antiresonadores LC en derivación , y un trozo de circuito abierto nominalmente de un cuarto de longitud de onda (figura 3(b)) se comporta como un resonador LC en serie . Los stubs también se pueden utilizar junto con transformadores de impedancia para construir filtros más complejos y, como se esperaría de su naturaleza resonante, son más útiles en aplicaciones de paso de banda. [39] Si bien los terminales de circuito abierto son más fáciles de fabricar en tecnologías planas, tienen el inconveniente de que la terminación se desvía significativamente de un circuito abierto ideal (consulte la figura 4 (b)), lo que a menudo lleva a una preferencia por los terminales de cortocircuito ( siempre se puede usar uno en lugar del otro sumando o restando λ/4 a o de la longitud). [35]
Un resonador helicoidal es similar a un trozo, en el sentido de que requiere un modelo de elementos distribuidos para representarlo, pero en realidad se construye utilizando elementos agrupados. Están construidos en un formato no plano y constan de una bobina de alambre, sobre un formador y un núcleo, y conectados solo por un extremo. El dispositivo suele estar en una lata blindada con un orificio en la parte superior para ajustar el núcleo. A menudo se verá físicamente muy similar a los resonadores LC agrupados utilizados para un propósito similar. Son más útiles en las bandas superiores de VHF y inferiores de UHF , mientras que los stubs se aplican con mayor frecuencia en las bandas superiores de UHF y SHF . [40]
Las líneas acopladas (figuras 3(ce)) también se pueden utilizar como elementos filtrantes; Al igual que los terminales, pueden actuar como resonadores y también tener terminaciones en cortocircuito o en circuito abierto. Las líneas acopladas tienden a preferirse en tecnologías planas, donde son fáciles de implementar, mientras que los trozos tienden a preferirse en otros lugares. Implementar un verdadero circuito abierto en tecnología plana no es factible debido al efecto dieléctrico del sustrato que siempre asegurará que el circuito equivalente contenga una capacitancia en derivación. A pesar de esto, los circuitos abiertos se utilizan a menudo en formatos planos con preferencia a los cortocircuitos porque son más fáciles de implementar. Se pueden clasificar numerosos tipos de elementos como líneas acopladas y en las figuras se muestra una selección de los más comunes. [41]
Algunas estructuras comunes se muestran en las figuras 3 y 4, junto con sus contrapartes de elementos agrupados. Estas aproximaciones de elementos agrupados no deben tomarse como circuitos equivalentes sino más bien como una guía para el comportamiento de los elementos distribuidos en un cierto rango de frecuencia. Las figuras 3(a) y 3(b) muestran un cortocircuito y un circuito abierto, respectivamente. Cuando la longitud del trozo es λ/4, estos se comportan, respectivamente, como antirresonadores y resonadores y, por lo tanto, son útiles, respectivamente, como elementos en filtros de paso de banda y de eliminación de banda . La Figura 3(c) muestra una línea en cortocircuito acoplada a la línea principal. Esto también se comporta como un resonador, pero se usa comúnmente en aplicaciones de filtro de paso bajo con la frecuencia de resonancia muy fuera de la banda de interés. Las Figuras 3(d) y 3(e) muestran estructuras de líneas acopladas que son útiles en filtros de paso de banda. Las estructuras de las figuras 3(c) y 3(e) tienen circuitos equivalentes que involucran ramales colocados en serie con la línea. Esta topología es sencilla de implementar en circuitos de hilo abierto, pero no con una tecnología plana. Por tanto, estas dos estructuras son útiles para implementar un elemento de serie equivalente. [42]
Se puede implementar un filtro de paso bajo directamente desde un prototipo de elementos agrupados de topología en escalera con el filtro de impedancia escalonada que se muestra en la figura 5. Esto también se denomina diseño de líneas en cascada . El filtro consta de secciones alternas de líneas de alta y baja impedancia que corresponden a los inductores en serie y a los condensadores en derivación en la implementación de elementos agrupados. Los filtros de paso bajo se utilizan comúnmente para alimentar polarización de corriente continua (CC) a componentes activos. Los filtros destinados a esta aplicación a veces se denominan estranguladores . En tales casos, cada elemento del filtro tiene una longitud de λ/4 (donde λ es la longitud de onda de la señal de la línea principal que se bloqueará para su transmisión a la fuente de CC) y las secciones de alta impedancia de la línea se fabrican lo más estrechas posible. según lo permita la tecnología de fabricación para maximizar la inductancia. [43] Se pueden agregar secciones adicionales según sea necesario para el rendimiento del filtro tal como lo harían para la contraparte de elemento agrupado. Además de la forma plana mostrada, esta estructura es particularmente adecuada para implementaciones coaxiales con discos alternos de metal y aislante enroscados en el conductor central. [44] [45] [46]
En la figura 6 se presenta un ejemplo más complejo de diseño de impedancia escalonada. Nuevamente, se usan líneas estrechas para implementar inductores y líneas anchas corresponden a capacitores, pero en este caso, la contraparte de elementos agrupados tiene resonadores conectados en derivación a través de la línea principal. Esta topología se puede utilizar para diseñar filtros elípticos o filtros de Chebyshev con polos de atenuación en la banda de parada . Sin embargo, calcular los valores de los componentes para estas estructuras es un proceso complicado y ha llevado a que los diseñadores a menudo opten por implementarlos como filtros derivados de m , que funcionan bien y son mucho más fáciles de calcular. La finalidad de incorporar resonadores es mejorar el rechazo de la banda de parada . Sin embargo, más allá de la frecuencia de resonancia del resonador de frecuencia más alta, el rechazo de la banda de parada comienza a deteriorarse a medida que los resonadores se acercan al circuito abierto. Por esta razón, los filtros construidos con este diseño a menudo tienen un condensador de impedancia escalonada adicional como elemento final del filtro. [47] Esto también garantiza un buen rechazo a alta frecuencia. [48] [49] [50]
Otra técnica común de diseño de paso bajo es implementar los condensadores en derivación como stubs con la frecuencia resonante establecida por encima de la frecuencia de operación de modo que la impedancia del stub sea capacitiva en la banda de paso. Esta implementación tiene una contraparte de elementos agrupados de una forma general similar al filtro de la figura 6. Cuando el espacio lo permita, los cabos pueden colocarse en lados alternos de la línea principal como se muestra en la figura 7(a). El propósito de esto es evitar el acoplamiento entre terminales adyacentes que perjudica el rendimiento del filtro al alterar la respuesta de frecuencia. Sin embargo, una estructura con todos los talones en el mismo lado sigue siendo un diseño válido. Si se requiere que el ramal sea una línea de muy baja impedancia, el ramal puede ser inconvenientemente ancho. En estos casos, una posible solución es conectar dos ramales más estrechos en paralelo. Es decir, cada posición de trozo tiene un trozo a ambos lados de la línea. Un inconveniente de esta topología es que son posibles modos resonantes transversales adicionales a lo largo de la longitud λ/2 de la línea formada por los dos ramales juntos. Para un diseño de estrangulador, el requisito es simplemente hacer que la capacitancia sea lo más grande posible, para lo cual se puede utilizar el ancho máximo de ramal de λ/4 con ramales en paralelo a ambos lados de la línea principal. El filtro resultante es bastante similar al filtro de impedancia escalonada de la figura 5, pero ha sido diseñado con principios completamente diferentes. [43] Una dificultad con el uso de trozos de este ancho es que el punto en el que se conectan a la línea principal no está bien definido. Se puede considerar que un trozo que es estrecho en comparación con λ está conectado en su línea central y los cálculos basados en esa suposición predecirán con precisión la respuesta del filtro. Sin embargo, para un ramal ancho, los cálculos que suponen que la rama lateral está conectada en un punto definido de la línea principal dan lugar a imprecisiones, ya que este ya no es un buen modelo del patrón de transmisión. Una solución a esta dificultad es utilizar manguitos radiales en lugar de manguitos lineales. Un par de muñones radiales en paralelo (uno a cada lado de la línea principal) se denomina muñón de mariposa (consulte la figura 7(b)). Un grupo de tres trozos radiales en paralelo, que se pueden conseguir al final de una línea, se llama trozo de hoja de trébol. [51] [52]
Se puede construir un filtro de paso de banda utilizando cualquier elemento que pueda resonar. Los filtros que utilizan trozos pueden claramente hacerse de paso de banda; Muchas otras estructuras son posibles y algunas se presentan a continuación.
Un parámetro importante cuando se habla de filtros de paso de banda es el ancho de banda fraccional. Esto se define como la relación entre el ancho de banda y la frecuencia central geométrica. La inversa de esta cantidad se llama factor Q , Q. Si ω 1 y ω 2 son las frecuencias de los bordes de la banda de paso, entonces: [53]
La estructura de espacio capacitivo consta de secciones de línea de aproximadamente λ/2 de longitud que actúan como resonadores y están acopladas "de extremo" mediante espacios en la línea de transmisión. Es particularmente adecuado para formatos planos, se implementa fácilmente con tecnología de circuito impreso y tiene la ventaja de no ocupar más espacio que una línea de transmisión simple. La limitación de esta topología es que el rendimiento (particularmente la pérdida de inserción ) se deteriora al aumentar el ancho de banda fraccional, y no se obtienen resultados aceptables con un Q menor que aproximadamente 5. Una dificultad adicional para producir diseños de Q bajo es que se requiere que el ancho del espacio sea ser más pequeño para anchos de banda fraccionarios más amplios. El ancho mínimo de los espacios, al igual que el ancho mínimo de las pistas , está limitado por la resolución de la tecnología de impresión. [46] [54]
Las líneas acopladas en paralelo son otra topología popular para placas impresas, para las cuales las líneas de circuito abierto son las más sencillas de implementar, ya que la fabricación consiste nada más que en la pista impresa. El diseño consta de una fila de resonadores paralelos λ/2, pero que se acoplan sólo en λ/4 a cada uno de los resonadores vecinos, formando así una línea escalonada como se muestra en la figura 9. Con este filtro son posibles anchos de banda fraccionarios más amplios que con el capacitivo. filtro de espacio, pero surge un problema similar en placas impresas ya que la pérdida dieléctrica reduce el Q. Las líneas Q inferiores requieren un acoplamiento más estrecho y espacios más pequeños entre ellas, lo que está limitado por la precisión del proceso de impresión. Una solución a este problema es imprimir la pista en varias capas con líneas adyacentes superpuestas pero no en contacto porque están en capas diferentes. De esta manera, las líneas se pueden acoplar a lo ancho, lo que da como resultado un acoplamiento mucho más fuerte que cuando están de borde a borde, y es posible una separación mayor para el mismo rendimiento. [55]
Para otras tecnologías (no impresas), pueden preferirse las líneas de cortocircuito, ya que el cortocircuito proporciona un punto de conexión mecánica para la línea y no se requieren aisladores dieléctricos reductores de Q para soporte mecánico. Aparte de razones mecánicas y de montaje, hay poca preferencia por las líneas acopladas en circuito abierto frente a las de cortocircuito. Ambas estructuras pueden realizar la misma gama de implementaciones de filtros con el mismo rendimiento eléctrico. Ambos tipos de filtros acoplados en paralelo, en teoría, no tienen bandas de paso espurias al doble de la frecuencia central como se observa en muchas otras topologías de filtro (por ejemplo, stubs). Sin embargo, la supresión de esta banda de paso espuria requiere una sintonización perfecta de las líneas acopladas que no se realiza en la práctica, por lo que inevitablemente queda algo de banda de paso espuria residual a esta frecuencia. [46] [56] [57]
El filtro de horquilla es otra estructura que utiliza líneas acopladas en paralelo. En este caso, cada par de líneas acopladas en paralelo está conectada al siguiente par mediante un enlace corto. Las formas de "U" así formadas dan origen al nombre de filtro de horquilla . En algunos diseños, el enlace puede ser más largo, dando una horquilla ancha con acción de transformador de impedancia λ/4 entre secciones. [58] [59]
Las curvas en ángulo que se ven en la figura 10 son comunes a los diseños de líneas de franjas y representan un compromiso entre un ángulo recto agudo, que produce una gran discontinuidad, y una curva suave, que ocupa más área de tablero que puede estar severamente limitada en algunos productos. Estas curvaturas se ven a menudo en trozos largos donde de otro modo no podrían encajarse en el espacio disponible. El circuito equivalente de elementos agrupados de este tipo de discontinuidad es similar a una discontinuidad de impedancia escalonada. [38] Se pueden ver ejemplos de tales resguardos en las entradas de polarización de varios componentes en la fotografía en la parte superior del artículo. [46] [60]
Los filtros interdigitales son otra forma de filtro de línea acoplada. Cada sección de línea tiene aproximadamente λ/4 de longitud y termina en cortocircuito en un solo extremo, quedando el otro extremo en circuito abierto. El extremo cortocircuitado se alterna en cada tramo de línea. Esta topología es sencilla de implementar en tecnologías planas, pero también se presta particularmente a un conjunto mecánico de líneas fijadas dentro de una caja metálica. Las líneas pueden ser varillas circulares o barras rectangulares, y la interfaz con una línea de formato coaxial es sencilla. Al igual que con el filtro de línea acoplado en paralelo, la ventaja de una disposición mecánica que no requiere aisladores como soporte es que se eliminan las pérdidas dieléctricas. El requisito de espacio entre líneas no es tan estricto como en la estructura de líneas paralelas; como tal, se pueden lograr anchos de banda fraccionarios más altos y son posibles valores de Q tan bajos como 1,4. [61] [62]
El filtro de línea de peine es similar al filtro interdigital en que se presta para montaje mecánico en una caja metálica sin soporte dieléctrico. En el caso de la línea de peine, todas las líneas están en cortocircuito en el mismo extremo en lugar de extremos alternos. Los otros extremos están terminados en condensadores a tierra, por lo que el diseño se clasifica como semiagrupado. La principal ventaja de este diseño es que la banda de parada superior puede hacerse muy ancha, es decir, libre de bandas de paso espurias en todas las frecuencias de interés. [63]
Como se mencionó anteriormente, los stubs se prestan a diseños de paso de banda. Las formas generales de estos son similares a los filtros de paso bajo, excepto que la línea principal ya no es una línea estrecha de alta impedancia. Los diseñadores tienen muchas topologías diferentes de filtros auxiliares para elegir, algunas de las cuales producen respuestas idénticas. En la figura 12 se muestra un ejemplo de filtro corto; Consta de una fila de terminales de cortocircuito de λ/4 acoplados entre sí por transformadores de impedancia de λ/4.
Los terminales en el cuerpo del filtro son terminales dobles paralelos, mientras que los terminales en las secciones extremas son solo simples, una disposición que tiene ventajas de adaptación de impedancia. Los transformadores de impedancia tienen el efecto de transformar la fila de antirresonadores en derivación en una escalera de resonadores en serie y de antiresonadores en derivación. Se puede construir un filtro con propiedades similares con terminales de circuito abierto de λ/4 colocados en serie con la línea y acoplados con transformadores de impedancia de λ/4, aunque esta estructura no es posible en tecnologías planas. [64]
Otra estructura más disponible son los ramales de circuito abierto de λ/2 a lo largo de la línea acoplados con transformadores de impedancia de λ/4. Esta topología tiene características tanto de paso bajo como de paso de banda. Debido a que pasará CC, es posible transmitir voltajes de polarización a componentes activos sin necesidad de capacitores de bloqueo. Además, dado que no se requieren enlaces de cortocircuito, no se requieren operaciones de ensamblaje distintas a la impresión del tablero cuando se implementa como línea de corte. Las desventajas son
Konishi describe un filtro de paso de banda de banda ancha de 12 GHz, que utiliza terminales de mariposa de 60° y también tiene una respuesta de paso bajo (se requieren terminales de cortocircuito para evitar tal respuesta). Como suele ser el caso con los filtros de elementos distribuidos, la forma de banda en la que se clasifica el filtro depende en gran medida de qué bandas se desean y cuáles se consideran espurias. [66]
Los filtros de paso alto genuinos son difíciles, si no imposibles, de implementar con elementos distribuidos. El enfoque de diseño habitual es comenzar con un diseño de paso de banda, pero hacer que la banda de parada superior ocurra a una frecuencia tan alta que no sea de interés. Dichos filtros se describen como pseudo-paso alto y la banda de parada superior se describe como una banda de parada vestigial. Incluso las estructuras que parecen tener una topología de paso alto "obvia", como el filtro de separación capacitivo de la figura 8, resultan ser de paso de banda cuando se considera su comportamiento para longitudes de onda muy cortas. [67]
