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DISEÑO DE UN FILTRO HAIRPIN Merino Pabel, Veintimilla Juan Carlos Universidad Técnica Particular de Loja Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones rpmerino@utpl.edu.ec , jcveintimilla@utpl.edu.ec Loja - Ecuador Resumen— Hoy en día es muy común hablar de todo tipo de comunicaciones inalámbricas, dando como resultado el involucramiento por parte nuestra en el vasto mundo de las microondas. Hoy por hoy las exigencias del usuario nos han llevado a equipos ultra portátiles, de bajo peso y realmente compactos, es por esto que se desarrollaron este tipo de filtros al cual nos referiremos “Los Filtros Hairpin”, por sus diversas prestaciones, entre ellas y la más significativa su acoplamiento en poco espacio y efectividad en su trabajo.

I. INTRODUCCIÓN os Filtros de microondas son componentes vitales en una gran variedad de sistemas electrónicos, incluidas las unidades móviles de radio, receptores de comunicaciones por satélite y radar. Debido al avance en el campo de las comunicaciones móviles e inalámbricas, plenamente integrados los filtros analógicos para aplicaciones de alta frecuencia están recibiendo ahora un gran interés en todo el mundo. El uso de tiras de microcinta en el diseño de componentes de microondas y los circuitos integrados ha ganado gran popularidad desde la última década debido a que las microcintas pueden operar en una amplia gama de frecuencias. Además, que este tipo de filtros son ligeros, fácil de fabricar e integrar de un modo rentable. Muchos investigadores han presentado numerosas ecuaciones para el análisis y la síntesis de los filtros de microcintas. Pero con el advenimiento de diversos Simuladores el diseño completo de estructuras de microondas se han convertido en más fácil. Este informe se ocupa de la elaboración y fabricación de un filtro Hairpin, del tipo Chevichev pasa banda como respuesta a un ciclo abierto. El diseño se realiza utilizando el programa de simulación AWR Microwave Office desarrollado por la Applied Wave Research EE.UU.

L

En el diseño de un filtro de microondas utilizando microcintas se toman en presente dos tipos de enfoques de diseño:

En primer lugar, la transformación; que agrupa los elementos de diseño equivalente para la estructura plana. En segundo lugar, utilizando resonadores de microcinta y los conceptos de ingreso inversor se utiliza para el diseño de la segunda banda.

FILTRO DE HAIRPIN Hoy en día existen varios tipos de filtros pasa banda, sin embargo el filtro Hairpin es uno de los más preferidos. El concepto de (Hairpin) horquilla es igual que el filtro resonador en juntas paralelos o filtros de media longitud de onda. La ventaja del filtro Hairpin frente a de juntas paralelas de microcinta, es la óptima utilización del espacio; este ahorro de espacio se logra mediante la utilización de plegado de media longitud de onda entre los resonadores. También la ausencia de tierra hace el diseño más simple. La siguiente figura muestra una típica estructura de Hairpin.

Figura 1. Esquema del resonador de Hairpin, gráfico tomado del artículo Design Of Microstrip Bandpass Filters STP 2007 Project Report

Para la simulación del filtro utilizamos el simulador AWR Microwave Office, con las consideraciones para el diseño siguientes: Características de la placa FR-5: Dieléctrico: GaAs Constante dieléctrica: 4.5 Tangente de pérdidas: 0.022 Conductor: cobre

M I C R O O N D A S


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Altura dielĂŠctrico H = 1.6 mm Altura conductor T = 35 um Impedancia: 50 ohms Frecuencia: 2.4 GHz Longitud elĂŠctrica: 180 grados Resultados: del TXLINE E efectiva: 3.4987 W = 120.51 mil L = 33.391 mm Para los cĂĄlculos de las diferentes estructuras obtenemos las siguientes ecuaciones. CĂ LCULOS:

đ?œ†0 =

đ?‘? đ?‘“

=

0.3Ă—10 9 2.4Ă—10 9

= 0.125 đ?‘š

EcuaciĂłn 1. Longitud de onda en el espacio libre

Por otro lado como vamos a trabajar en una microcinta debemos obtener la longitud de onda en el medio; esto de la siguiente manera:

đ?œ†đ?‘Ąđ?‘Ľđ?‘™đ?‘–đ?‘›đ?‘’ =

đ?œ†0

=

0.125

đ?œ€đ?‘’đ?‘“ 3.35743 = 0.0682191 đ?‘š = 68.22 đ?‘šđ?‘š

Figura 2. Medida de la Orquilla, grĂĄfico tomado del artĂ­culo Design Of Microstrip Bandpass Filters STP 2007 Project Report

Una vez que tomamos como referencia la medida de cada horquilla, el nĂşmero de estas definirĂĄ el orden del filtro que deseamos construir, por ejemplo para nuestro caso tenemos 7 horquillas, lo cual representa un filtro de orden 7. Luego de diseĂąada la horquilla podemos apreciar en el inicio y final que por los puertos estas no son iguales al resto como se ve en la figura 3; para estas dos se tiene otras consideraciones como:

EcuaciĂłn 2. Longitud de onda en el medio

La impedancia de los puertos es:

đ?‘?0 = 50 Ί

EcuaciĂłn 3. Impedancia de entrada

Ya para el diseĂąo se calcula un cuarto de la longitud de onda:

đ?œ† 68.22 = = 17.0548 đ?‘šđ?‘š 4 4 EcuaciĂłn 4. Âź de Longitud de onda

Como podemos observar el la figura 2 para esta medida utilizamos lo expuesto en la EcuaciĂłn 4.

Figura 3. Esquema de la entrada de un resonador de Hairpin, grĂĄfico tomado del artĂ­culo Design Of Microstrip Bandpass Filters STP 2007 Project Report


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Figura 6. TXLINE

Para el diseño de un filtro de Hairpin nosotros tenemos el diseño esquemático de un circuito o sea con la relación de este en sus componentes activos como lo podemos observar en la figura 5 donde se pude observar el equivalente del filtro. En la figura 6 se puede ver la forma de calcular los parámetros para el diseño en la microcinta, en el cual vamos a tener los valores de w que es el ancho de la línea en la microcinta, la permitividad efectiva y luego de esto se procede al diseño esquemático del circuito quedando de la siguiente forma como se lo puede ver en la figura 7. Figura 4. Circuito equivalente al resonado entradar de Hairpin, gráfico tomado del artículo Design Of Microstrip Bandpass Filters STP 2007 Project Report

Obteniendo los resultados como se lo puede observar en la gráfica 8 en la cual se puede ver la frecuencia central esta 2.4GHz con un ancho de banda de mas menos 30% de la frecuencia central. En las figuras siguientes podemos observar el resultado de la simulación.

Figura 5. Equivalente de un filtro de Hairpin de n-polos. Gráfico tomado del artículo Design Of Microstrip Bandpass Filters STP 2007 Project Report

Figura 8. Resultados en frecuencia


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Figura 7. Esquema del filtro en Microwave Office

II. CONCLUSIONES 

Para el diseño de un filtro utilizando microcintas es necesario definir el material de la microcinta y sus características que tipo de filtro que se ha de diseñar y los requerimientos para su diseño. El uso de los filtros resonadores de Harpin se lo define debido a su forma tipo horquilla que logra una reducción de espacio importante en comparación con otros tipos de filtros a la misma frecuencia, sacrificando su tamaño por su dificultad III. REFERENCIAS

Guided by, Mr. A. Praveen Kumar, Engineer-F, GMRT, NCRA http://ncralib1.ncra.tifr.res.in:8080/jspui/bitstream/ 2301/327/1/Himanshu.pdf Entre Otros

   

http://w3.iec.csic.es/URSI/articulos_villavicios aodon_2001/articulos/305.pdf http://personal.us.es/rboloix/pub_mic/mic2.pdf http://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/ 10317/373/1/40.pdf http://w3.iec.csic.es/URSI/articulos_coruna_2 003/actas_pdf/SESION%208/S8.%20Aula%2 02.0/1593RESONADORES%20HAIRPIN.PDF http://oa.upm.es/29/01/09200453.pdf

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