DISEÑO DE FILTROS DE MICROONDAS MEDIANTE METAMATERIALES

DISEÑO DE FILTROS DE MICROONDAS MEDIANTE METAMATERIALES

Desde el año 2000, en que se publicó la primera estructura artificial con permeabilidad y permitividad negativas, los metamateriales han despertado un gran interés por parte de la comunidad científica internacional. En el año 1968 V. Veselago ya había predicho las propiedades electromagnéticas de estos medios, tales como el antiparalelismo entre las velocidades de fase y grupo y elhecho de que presentan un índice de refracción negativo. Para la fabricación de estos medios se requiere de elementos constituyentes capaces de proporcionar los mencionadosvalores negativos de permitividad y permeabilidad. Entre ellos, destacan los resonadores de anillos abiertos (SRRs), propuestos por Pendry, y los resonadores de anillos abiertos complementarios, así como variantes de los anteriores. Los SRRs, debidamente polarizados (campo magnético en la dirección axial), se comportan como un medio con valor negativo de la permeabilidad por encima de su frecuencia de resonancia.

Los CSRRs se comportan como un medio de permitividad negativa si se excitan con un campo eléctrico axial. La característica fundamental de estas partículas, y gracias a la cual se pueden implementar medios efectivos, es el hecho de que sus dimensiones son mucho menores que la longitud de onda a la frecuencia de resonancia. Este carácter sub-lambda de los resonadores proporciona una poderosa herramienta para la miniaturización de circuitos pasivos de microondas.

El análisis detallado del funcionamiento de físico de dichas partículas ha conducido a la obtención de circuitos equivalentes que explican la posición de las frecuencias de resonancia. También se han obtenido circuitos equivalentes de SRRs y CSRRs acoplados a líneas de transmisión.

ELIMINACION DE ESPURIOS EN FILTROS CONVENCIONALES.

La eliminación de espurios en filtros convencionales se basa en el hecho que podemos acoplar SRRs (magnéticamente) o CSRRs (eléctricamente) a las estructuras, por lo que si las dimensiones de los anillos se ajustan adecuadamente, es posible la inhibición de la propagación alrededor de su frecuencia de resonancia (se comportan como medios de permeabilidad o permitividad negativas). En trabajos anteriores, hemos demostrado cómo, combinando anillos de tamaños ligeramente diferentes, es posible ensanchar la zona de rechazo, para de esta forma, poder eliminar completamente las bandas espurias.

Figura 1. a) fotografía de un filtro butterworth en microstrip modificado con SRRs para inhibir espurios. b) simulación. c) medidas del filtro convencional y del modificado

DISEÑO DE FILTROS PASA BANDA ULTRACOMPACTOS

Respecto al diseño de filtros pasa banda, se han propuesto varias configuraciones basadas en SRRs y CSRRs que dan lugar a una banda de paso relativamente estrecha y sin demasiado control sobre el tipo de respuesta. No obstante, existen otras topologías conocidas derivadas de los originales SRRs como es el caso de los SRRs de doble abertura (DSSRRs) que admiten también una versión complementaria. Este tipo de resonadores acoplados a una línea microstrip se excitan mediante un campo eléctrico aplicado en la dirección axial, de forma que puede modelarse el acoplamiento entre la línea de transmisión y el DS-CSRR como una capacidad de acoplamiento Cc.