Metodologie di Analisi e Progetto per Filtri a Schiere di Linee TEM Accoppiate con Zeri di Trasmissione
Autore
Vito Minerva - Politecnico di Milano - [1998-99]
Documenti
Abstract
Nel campo di frequenze delle microonde sono richieste strutture filltranti con elevate caratteristiche di selettività e di equalizzazione.Queste possono essere ottenute con l'impiego di filltri costituiti da linee di modo TEM multiaccoppiate, che trovano infatti largo impiego nelle stazioni base per la telefonia radiomobile, dove tali requisiti sono particolarmente importanti. Lecaratteristiche di selettività e di equalizzazione sono ottenute con l'introduzione di zeri nella risposta in frequenza del filtro.Questo provoca delle modifiche nella metodologia di progetto,per la quale non si applicano più le tecniche tradizionali di sintesi;la rete prototipo viene invece ottenuta con l'aggiunta di accoppiamenti addizionali tra risonatori non adiacenti. La struttura distribuita che si realizza a partire dal prototipo è costituita da risonatori che presentano accoppiamenti multipli. Nello studio del filtro tali accoppiamenti vanno valutati contemporaneamente, per non introdurre errori significativi nel dimensionamento (la tecnica utilizzata in passato era invece quella di dimensionare un accoppiamento alla volta come se gli altri non ci fossero). I filtri con zeri sono tipicamente realizzati con strutture a cavità accoppiate con accoppiamenti multipli e sono noti col termine di filtri comb generalizzati.
Loscopodiquestolavoro è di applicare una metodolgia accurata per il dimensionamento dei filtri ad una nuova struttura costituita da una schiera di lineeTEM multiaccoppiate.Questa struttura permette di realizzare zeri di trasmissione asimmetrici sopra la banda passante (ma non zeri di equalizzazione),e può quindi essere impiegata in situazioni dove la selettività del filtro è richiesta solo su un lato o anche per rimuovere particolari frequenze nella curva di attenuazione.La risposta in frequenza specificata non viene ottenuta dimensionando delle cavità,ma semplicemente disponendo in maniera opportuna la schiera di linee all'interno della scatola metallica. Nel caso di un filtro senza zeri di trasmissione, basta variare la distanza tra le astine, poste in linea, per effettuare il progetto. Per ottenere uno zero di trasmissione, invece, occorre disporre tre astine ai vertici di un triangolo e introdurre dei setti di lunghezza fissa (mentre l'altezza può essere variabile)per regolare il valore degli accoppiamenti. Il numero di setti,la loro disposizione e la scelta delle variabili di progetto permettono di realizzare diverse varianti della struttura filtrante`di base', costituita da una tripletta di risonatori e da due setti. In questo lavoro vengono mostrate quelle più significative,che riducono le dimensioni totali della struttura o che sfruttano possibili simmetrie per ridurre le variabili di progetto. Il metodo degli elementi al contorno viene impiegato per lo studio del comportamento elettromagnetico della struttura; questo metodo,tramite il calcolo della matrice capacità per unità di lunghezza,permette di valutare contemporaneamente tutti gli accoppiamenti della struttura e quindi fornisce dei risultati di progetto più accurati della tecnica tradizionale,che considera solo due accoppiamenti alla volta.
Il Capitolo 1 tratta il progetto dei filtri a microonde con zeri di trasmissione; vengono descritte la sintesi di una struttura ripiegata (folded) e la trasformazione topologica che porta alla struttura in-line,la denormalizzazione del prototipo e la realizzazione con linee accoppiate in configurazione comb.
Nel Capitolo 2 viene descritto il metodo degli elementi al contorno nelle sue generalità e poi l'applicazione alla struttura considerata per il calcolo della matrice capacità per unità di lunghezza;vengono presentati il concetto di quadratura per il calcolo numerico delle equazioni integrali e il raggio equivalente per approssimare la sezione circolare delle linee.Infine si estende lo studio della struttura al caso in cui questa presenti dei setti.
Nel Capitolo 3 si descrive la struttura considerata in questo lavoro rispetto al fitro a cavitè multiaccoppiate, evidenziandone le differenze;si presentano le topologie realizzabili con questa struttura e si giustifica l'utilizzo dei setti per ottenere gli zeri di trasmissione.
Il Capitolo 4 descrive le metodologie di progetto e di analisi del filtro, soffermandosi soprattutto sulla scelta delle variabili e sui valori a cui devono essere inizializzate, sia nel caso di presenza che di assenza dei setti all'interno della struttura.
Il Capitolo 5 tratta nella prima parte la precisione del metodo,descritto nel Capitolo 2, per lo studio della schiera di linee TEM multiaccoppiate;nella seconda parte si discutono invece alcuni esempidi filtri dimensionati con la procedura presentata in questolavoro. Inparticolare,dopo aver evidenziato l'impossibilità di ottenere zeri di trasmissione senza l'introduzione dei setti, si danno degli esempi di strutture con setti che realizzano zeri di trasmissione.
Loscopodiquestolavoro è di applicare una metodolgia accurata per il dimensionamento dei filtri ad una nuova struttura costituita da una schiera di lineeTEM multiaccoppiate.Questa struttura permette di realizzare zeri di trasmissione asimmetrici sopra la banda passante (ma non zeri di equalizzazione),e può quindi essere impiegata in situazioni dove la selettività del filtro è richiesta solo su un lato o anche per rimuovere particolari frequenze nella curva di attenuazione.La risposta in frequenza specificata non viene ottenuta dimensionando delle cavità,ma semplicemente disponendo in maniera opportuna la schiera di linee all'interno della scatola metallica. Nel caso di un filtro senza zeri di trasmissione, basta variare la distanza tra le astine, poste in linea, per effettuare il progetto. Per ottenere uno zero di trasmissione, invece, occorre disporre tre astine ai vertici di un triangolo e introdurre dei setti di lunghezza fissa (mentre l'altezza può essere variabile)per regolare il valore degli accoppiamenti. Il numero di setti,la loro disposizione e la scelta delle variabili di progetto permettono di realizzare diverse varianti della struttura filtrante`di base', costituita da una tripletta di risonatori e da due setti. In questo lavoro vengono mostrate quelle più significative,che riducono le dimensioni totali della struttura o che sfruttano possibili simmetrie per ridurre le variabili di progetto. Il metodo degli elementi al contorno viene impiegato per lo studio del comportamento elettromagnetico della struttura; questo metodo,tramite il calcolo della matrice capacità per unità di lunghezza,permette di valutare contemporaneamente tutti gli accoppiamenti della struttura e quindi fornisce dei risultati di progetto più accurati della tecnica tradizionale,che considera solo due accoppiamenti alla volta.
Il Capitolo 1 tratta il progetto dei filtri a microonde con zeri di trasmissione; vengono descritte la sintesi di una struttura ripiegata (folded) e la trasformazione topologica che porta alla struttura in-line,la denormalizzazione del prototipo e la realizzazione con linee accoppiate in configurazione comb.
Nel Capitolo 2 viene descritto il metodo degli elementi al contorno nelle sue generalità e poi l'applicazione alla struttura considerata per il calcolo della matrice capacità per unità di lunghezza;vengono presentati il concetto di quadratura per il calcolo numerico delle equazioni integrali e il raggio equivalente per approssimare la sezione circolare delle linee.Infine si estende lo studio della struttura al caso in cui questa presenti dei setti.
Nel Capitolo 3 si descrive la struttura considerata in questo lavoro rispetto al fitro a cavitè multiaccoppiate, evidenziandone le differenze;si presentano le topologie realizzabili con questa struttura e si giustifica l'utilizzo dei setti per ottenere gli zeri di trasmissione.
Il Capitolo 4 descrive le metodologie di progetto e di analisi del filtro, soffermandosi soprattutto sulla scelta delle variabili e sui valori a cui devono essere inizializzate, sia nel caso di presenza che di assenza dei setti all'interno della struttura.
Il Capitolo 5 tratta nella prima parte la precisione del metodo,descritto nel Capitolo 2, per lo studio della schiera di linee TEM multiaccoppiate;nella seconda parte si discutono invece alcuni esempidi filtri dimensionati con la procedura presentata in questolavoro. Inparticolare,dopo aver evidenziato l'impossibilità di ottenere zeri di trasmissione senza l'introduzione dei setti, si danno degli esempi di strutture con setti che realizzano zeri di trasmissione.
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