ITMI20130710A1 - ELECTRONIC FILTER IN WAVE GUIDE WITH CAVITY 'RISONANTI A HIGH COUPLING. - Google Patents
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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Description
Titolo: “Filtro elettronico in guida d’onda con cavità risonanti ad elevato accoppiamento” Title: "Electronic waveguide filter with highly coupled resonant cavities"
Descrizione Description
La presente invenzione riguarda un filtro elettronico in guida d’onda particolarmente adatto per applicazioni di elevata potenza, quali i sistemi per telecomunicazioni satellitari. The present invention relates to an electronic waveguide filter particularly suitable for high power applications, such as satellite telecommunications systems.
Dispositivi passivi selettivi in frequenza con struttura in guida d’onda per filtrare segnali nella porzione delle microonde dello spettro elettromagnetico sono diffusamente impiegati. Nel campo delle telecomunicazioni satellitari, la tendenza recente è volta ad un incremento sempre maggiore del numero di canali e della potenza isotropica equivalente trasmessa (EIRP). Le antenne di telecomunicazione a bordo satellite hanno normalmente un diplexer all’ingresso della porta comune d’antenna per separare le bande dedicate rispettivamente alla trasmissione ed alla ricezione. In generale, un diplexer per antenne per comunicazioni satellitari deve rispettare diversi vincoli sia elettrici sia meccanici. I vincoli elettrici rilevanti comprendono requisiti in banda passante di basse perdite di inserzione (tipicamente inferiori a 0,1 dB) e di basso coefficiente di riflessione (tipicamente inferiore a -25 dB) e in banda rigettata di elevata reiezione (tipicamente maggiore a 60 dB), congiuntamente a valori molto bassi di intermodulazione passiva (tipicamente inferiori a -120 dBm per 2 portanti di 250 W di potenza al terzo ordine) ed a sufficienti margini di confidenza rispetto all’innesco di scariche elettriche nel vuoto, indotte nelle guida d’onda a causa dell’elevato campo elettromagnetico impresso dalle molte portanti che simultaneamente insistono sul componente (e che realizzano all’interno un inviluppo di tensione equivalente a decine di kW in regime a singola portante), quest’ultimo fenomeno indicato anche con il termine inglese multipaction. Una banda di frequenze ampiamente utilizzata nei satelliti commerciali, ad esempio per le trasmissioni televisive, è la banda Ku (12-18 GHz). Frequency-selective passive devices with waveguide structure to filter signals in the microwave portion of the electromagnetic spectrum are widely used. In the field of satellite telecommunications, the recent trend is aimed at an ever greater increase in the number of channels and in the equivalent isotropic power transmitted (EIRP). The on-board telecommunication antennas usually have a diplexer at the entrance of the common antenna port to separate the bands dedicated respectively to transmission and reception. In general, a diplexer for satellite communications antennas must comply with several electrical and mechanical constraints. Relevant electrical constraints include low insertion loss (typically less than 0.1 dB) and low reflection coefficient (typically less than -25 dB) and high rejection bandwidth requirements (typically greater than 60 dB) ), together with very low values of passive intermodulation (typically lower than -120 dBm for 2 carriers of 250 W of power at the third order) and with sufficient confidence margins with respect to the triggering of electrical discharges in the vacuum, induced in the guide d ' wave due to the high electromagnetic field impressed by the many carriers which simultaneously insist on the component (and which create within a voltage envelope equivalent to tens of kW in a single carrier regime), the latter phenomenon also indicated by the English term multipaction. A frequency band widely used in commercial satellites, for example for television broadcasting, is the Ku band (12-18 GHz).
P. Sarasa et al. “ Comparative Study of thè Power Handling Capability of Space Broadband Antenna Filters inKu-banà ”, pubblicato al 5<th>International Workshop on Multipactor, Corona and Intermodulation in Space RF Hardware, 12-14 settembre 2005, ESTEC (Olanda), forniscono uno studio comparativo di diverse architetture di filtri a larga banda in termini della loro capacità di gestire elevati livelli di potenza. Tra le diverse configurazioni analizzate, l’architettura di filtro costituita da cavità risonanti a fessura (stilb) in cortocircuito nel piano E è indicata essere la più adatta a gestire i più elevati livelli di potenza. P. Sarasa et al. "Comparative Study of the Power Handling Capability of Space Broadband Antenna Filters inKu-banà", published at 5 <th> International Workshop on Multipactor, Corona and Intermodulation in Space RF Hardware, 12-14 September 2005, ESTEC (Holland), provide a comparative study of different broadband filter architectures in terms of their ability to handle high power levels. Among the different configurations analyzed, the filter architecture consisting of resonant slit cavities (stilb) short-circuited in plane E is indicated to be the most suitable for managing the highest power levels.
Il brevetto US 3.957.710 descrive un filtro passa banda in guida d’onda costituito dalla connessione in serie di iridi capacitive tramite tratti di guida d’onda rettangolare la cui altezza è rastremata lungo l’asse longitudinale. Tale configurazione può essere integrata con fessure longitudinali allo scopo di realizzare un filtro a creperia ( waffle-iron ). US patent 3,957,710 describes a waveguide band-pass filter consisting of the series connection of capacitive irises through rectangular waveguide sections whose height is tapered along the longitudinal axis. This configuration can be integrated with longitudinal slits in order to create a creperie filter (waffle-iron).
Il brevetto US 6.169.466 è relativo ad una struttura di filtro in guida d’onda in grado di gestire segnali nell’intervallo delle microonde. Il filtro descritto comprende una sezione di adattamento della guida d’onda per ciascuna delle due porte di accesso ed una sezione filtrante tra le due sezioni di adattamento. La sezione filtrante include un canale in guida d’onda rettangolare ribassata ed una pluralità di cavità risonanti accoppiate, in cui ciascuna cavità risonante è costituita da due stub simmetrici o asimmetrici ed è in grado di introdurre uno zero di riflessione e due zeri di trasmissione nella risposta in frequenza del filtro. US patent 6,169,466 relates to a waveguide filter structure capable of handling signals in the microwave range. The filter described includes a waveguide adaptation section for each of the two access doors and a filtering section between the two adaptation sections. The filter section includes a lowered rectangular waveguide channel and a plurality of coupled resonant cavities, in which each resonant cavity consists of two symmetrical or asymmetrical stubs and is capable of introducing a reflection zero and two transmission zeroes into the frequency response of the filter.
Un filtro in guida d’onda avente una pluralità di risonatori a stub asimmetrici è descritto in WO 00/55937. Il filtro in guida d’onda comprende una sezione di ingresso, che include un adattatore di guida d’onda ed un filtro passa basso, una sezione di uscita, che include un filtro passa basso e un adattatore di guida d’onda, ed un filtro passa banda inserito tra le sezioni di ingresso e di uscita. Il filtro passa banda è costituito da una pluralità di risonatori asimmetrici, ciascun risonatore includendo una fessura lunga ed una fessura corta tra loro contrapposte ed essendo in grado di introdurre almeno uno zero di riflessione e due zeri di trasmissione alla risposta in frequenza del filtro. A waveguide filter having a plurality of asymmetrical stub resonators is described in WO 00/55937. The waveguide filter comprises an input section, which includes a waveguide adapter and a low-pass filter, an output section, which includes a low-pass filter and a waveguide adapter, and a band pass filter inserted between the input and output sections. The band pass filter consists of a plurality of asymmetrical resonators, each resonator including a long slot and a short slot opposite each other and being capable of introducing at least one reflection zero and two transmission zeroes to the frequency response of the filter.
J.R. Montejo-Garai et al., “ In-Line Pure -Piane Waveguide Band-Stop Filter with Wide Spurious-Free Responsé”, pubblicato in IEEE Microwave and Wireless Componente Letters, voi. 21, no. 4, pp. 209-211, 2011, descrivono una struttura di accoppiamento nel piano E tra cavità risonanti e guida d’onda rettangolare atta alla realizzazione di filtri rigetta banda ( stopband) con disposizione in linea ( in-line ) dei risonatori. Con la finalità di ottenere un ampio margine di valori di accoppiamento, l’iride induttiva convenzionalmente adottata per connettere ciascuna cavità alla guida d’onda rettangolare è stata sostituita da una fessura longitudinalmente asimmetrica. L’articolo afferma che, in questo modo, il campo elettrico è accoppiato sulla larghezza totale della guida d’onda invece che attraverso un iride a larghezza parziale, producendo maggiori valori di accoppiamento. filtro rigetta banda aveva una frequenza centrale di 28 GHz ed una larghezza di banda percentuale pari a 2 %. La Richiedente ha osservato che una struttura in guida d’onda che prevede una serie di cavità dotate di fessure di accoppiamento asimmetriche può risultare di complessa fabbricazione ed essere difficilmente applicabile in filtri a larga banda per applicazioni di alta potenza. J.R. Montejo-Garai et al., “In-Line Pure -Piane Waveguide Band-Stop Filter with Wide Spurious-Free Responsé”, published in IEEE Microwave and Wireless Component Letters, vol. 21, no. 4, pp. 209-211, 2011, describe a coupling structure in the E plane between resonant cavities and rectangular waveguide suitable for the creation of stopband filters with in-line arrangement of the resonators. With the aim of obtaining a large margin of coupling values, the inductive iris conventionally adopted to connect each cavity to the rectangular waveguide has been replaced by a longitudinally asymmetrical slot. The article states that, in this way, the electric field is coupled on the total width of the waveguide instead of through a partial-width iris, producing greater coupling values. band rejection filter had a center frequency of 28 GHz and a percentage bandwidth of 2%. The Applicant has observed that a waveguide structure that provides a series of cavities with asymmetrical coupling slots can be complex to manufacture and be difficult to apply in broadband filters for high power applications.
Piotr Kozakowski, et al. in “New Resonator Arrangement far Reduced Size E-plane Filters ”, pubblicato in Microwave Symposium Digest (MTT), 2011 IEEE MTT-S, data della conferenza intemazionale 5-10 June 2011, presenta un filtro nel piano E ad inserto completamente metallico costituito da una serie di risonatori disposti in modo alternato lungo Γ alloggiamento di una guida d’onda di tipo ridge. Piotr Kozakowski, et al. in "New Resonator Arrangement far Reduced Size E-plane Filters", published in Microwave Symposium Digest (MTT), 2011 IEEE MTT-S, date of the international conference 5-10 June 2011, presents a filter in the E plane with a completely metallic insert consisting of by a series of resonators arranged alternately along Γ housing a ridge-type waveguide.
La Richiedente ha capito che riutilizzo di una guida d’onda di tipo ridge può ridurre significativamente il livello di potenza gestita in trasmissione da un filtro. The Applicant has understood that reuse of a ridge type waveguide can significantly reduce the level of power managed in transmission by a filter.
So Hyeun Yun et ari in " Design of thè Multipaction Free High Power Ka-Band Diplexer with an E-plane T-Junction'\ pubblicato in 2005 Asia-Pacifìc Conference on Communications (Perth, Western Australia), presentano un diplexer in guida d’onda progettato per servizi satellitari operanti nelle bande di frequenze K (18-26 GHz) e Ka (26-40 GHz) e costituito da un filtro a stub nel piano E, un filtro con iridi induttive ed una giunzione a T nel piano E. Il diplexer descritto è detto essere in grado di gestire livelli di potenza fino a 4.4 kW con sufficienti margini di confidenza rispetto a scariche per multipaction. So Hyeun Yun et ari in "Design of the Multipaction Free High Power Ka-Band Diplexer with an E-plane T-Junction '\ published in 2005 Asia-Pacifìc Conference on Communications (Perth, Western Australia), present a diplexer in guide d '' wave designed for satellite services operating in the K (18-26 GHz) and Ka (26-40 GHz) frequency bands and consisting of a stub filter in the E plane, a filter with inductive irises and a T junction in the E plane The diplexer described is said to be able to handle power levels up to 4.4 kW with sufficient confidence margins with respect to multipaction discharges.
Secondo un aspetto, la presente invenzione concerne un filtro elettronico in guida d’onda configurato per operare su segnali elettromagnetici in una banda operativa di frequenze, da trasmettere segnali in una banda di frequenze passante B1 e da rigettare segnali all’interno di una banda di frequenze rigettata B2, la banda passante e la banda rigettata essendo comprese nella banda operativa, il filtro comprendendo una struttura di guida d’onda che comprende: un canale in guida d’onda che si estende lungo una direzione principale di propagazione di segnali elettromagnetici nella banda operativa di frequenze ed è delimitato da una prima parete laterale e da una seconda parete laterale opposta alla prima parete laterale, la prima e la seconda parete laterale giacendo su rispettivi piani che definiscono un primo ed un secondo piano principale di riferimento , e una pluralità di risonatori spaziati tra loro lungo la direzione di principale di propagazione, ciascun risonatore comprendendo una cavità risonante formata in una delle prima o seconda parete laterale e avente un’apertura sul canale in guida d’onda, in cui le cavità risonanti sono disposte in sequenza alternata su pareti laterali opposte, e cavità risonanti prossime adiacenti disposte su rispettive opposte pareti laterali sono separate tra loro da una sezione longitudinale di guida d’onda di connessione avente una lunghezza di connessione, definita lungo la direzione principale di propagazione dei segnali, maggiore o uguale a zero e inferiore o uguale a λ&1/8, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata alla frequenza centrale della banda passante Bl, essendo la lunghezza d’onda guidata la lunghezza d’onda del campo elettromagnetico associato al modo fondamentale che si propaga lungo il canale in guida d’onda. According to one aspect, the present invention relates to an electronic waveguide filter configured to operate on electromagnetic signals in an operating frequency band, to transmit signals in a band of pass frequencies B1 and to reject signals within a band of frequencies. rejected frequencies B2, the passband and the rejected band being included in the operating band, the filter comprising a waveguide structure which comprises: a waveguide channel extending along a principal direction of propagation of electromagnetic signals in the operating band of frequencies and is delimited by a first side wall and a second side wall opposite the first side wall, the first and second side walls lying on respective planes that define a first and a second main reference plane, and a plurality of resonators spaced apart along the principal direction of propagation, each resonator comprising a resonant cavity formed in one of the first or second side walls and having an opening on the waveguide channel, in which the resonant cavities are arranged in alternating sequence on opposite side walls, and adjacent proximate resonant cavities arranged on respective opposite side walls are separated from each other by a longitudinal section of a connecting waveguide having a connection length, defined along the main direction of signal propagation, greater than or equal to zero and less than or equal to λ & 1/8, where λ & 1 is the length d wave guided at the central frequency of the pass band B1, the guided wavelength being the wavelength of the electromagnetic field associated with the fundamental mode which propagates along the waveguide channel.
La banda passante del filtro è definita quale intervallo di frequenze nel quale il filtro esibisce un elevato coefficiente di trasmissione tra le porte di ingresso/uscita dei segnali elettromagnetici, preferibilmente maggiore di -0.2 dB, più preferibilmente maggiore o uguale a -0,1 dB. The passband of the filter is defined as the frequency range in which the filter exhibits a high transmission coefficient between the input / output ports of the electromagnetic signals, preferably greater than -0.2 dB, more preferably greater than or equal to -0.1 dB .
La banda rigettata del filtro è definita quale intervallo di frequenze nel quale il filtro esibisce un elevato coefficiente di reiezione tra le porte di ingresso/uscita dei segnali elettromagnetici, preferibilmente maggiore o uguale a 40 dB, più preferibilmente maggiore o uguale a 50 dB. The rejected band of the filter is defined as the frequency range in which the filter exhibits a high rejection coefficient between the input / output ports of the electromagnetic signals, preferably greater than or equal to 40 dB, more preferably greater than or equal to 50 dB.
Preferibilmente, il filtro comprende una struttura di guida d’onda rettangolare su piano E. Preferably, the filter comprises a rectangular waveguide structure on plane E.
Preferibilmente, la lunghezza di connessione è maggiore o uguale a zero e inferiore a o uguale a λ&ι/16. Preferably, the connection length is greater than or equal to zero and less than or equal to λ & ι / 16.
In alcune forme di realizzazione particolarmente preferite, la lunghezza di connessione è compresa tra 0 e λ&ι/24. In some particularly preferred embodiments, the connection length is between 0 and λ & ι / 24.
In alcune forme di realizzazione particolarmente preferite, la lunghezza di connessione è sostanzialmente uguale a zero. Nel presente contesto e in accordo con le forme di realizzazione preferite, per lunghezza di connessione sostanzialmente uguale a zero si intende una lunghezza inferiore a λ&ι/100, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante Bl. In some particularly preferred embodiments, the connection length is substantially equal to zero. In the present context and in accordance with the preferred embodiments, by connection length substantially equal to zero we mean a length less than λ & ι / 100, where λ & 1 is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the pass band B1.
Preferibilmente, le cavità risonanti sono stub , ciascuno stub aventi sezione trasversale sul piano E sostanzialmente rettangolare definita da un’altezza di stub e una larghezza di stub, in cui l’altezza di stub è definita con riferimento al piano di riferimento della parete laterale nella quale la cavità risonante è formata e la larghezza di stub corrisponde all’apertura della cavità risonante sul canale in guida d’onda. Preferibilmente, la larghezza di ciascuno stub della pluralità di stub è compresa tra 0,08λ&ι e 0,35λ&1. Preferably, the resonant cavities are stubs, each stub having a substantially rectangular cross section on the E plane defined by a stub height and a stub width, wherein the stub height is defined with reference to the sidewall reference plane in the which the resonant cavity is formed and the stub width corresponds to the opening of the resonant cavity on the waveguide channel. Preferably, the width of each stub of the plurality of stubs is between 0.08λ & ι and 0.35λ & 1.
Ciascuno stub ha un asse centrale rispetto all’apertura dello stesso sul canale in guida d’onda, l’asse centrale essendo perpendicolare al piano di riferimento della parete laterale nella quale lo stub è formato. Preferibilmente, la distanza tra gli assi centrali di due stub adiacenti e consecutivi (formati su pareti laterali opposte) è compresa tra 0,15λ&ι e 0,35λ&1, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata alla frequenza centrale della banda passante B 1. Each stub has a central axis with respect to its opening on the waveguide channel, the central axis being perpendicular to the reference plane of the side wall in which the stub is formed. Preferably, the distance between the central axes of two adjacent and consecutive stubs (formed on opposite side walls) is between 0.15λ & ι and 0.35λ & 1, where λ & 1 is the wavelength guided to the central frequency of the pass band B 1.
Preferibilmente, la cavità risonante ha altezza definita in una direzione perpendicolare al piano di riferimento della parete laterale nella quale la cavità risonante è formata, l’altezza essendo compresa tra 0,1 λ&2e 0,8λ&2, dove λ&2è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda rigettata B2. Preferably, the resonant cavity has a defined height in a direction perpendicular to the reference plane of the side wall in which the resonant cavity is formed, the height being between 0.1 λ & 2 and 0.8λ & 2, where λ & 2 is the corresponding guided wavelength at the center frequency of the rejected band B2.
Preferibilmente, l’apertura delle cavità risonanti sul canale in guida d’onda è compresa tra 0,08λ&ι e 0,35λ&1, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante Bl. Preferably, the opening of the resonant cavities on the waveguide channel is between 0.08λ & ι and 0.35λ & 1, where λ & 1 is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the pass band B1.
Nelle forme di realizzazione preferite, ciascun risonatore della pluralità di risonatori comprende un gradino che è formato sulla parete opposta alla cavità risonante dello stesso risonatore e che sporge nel canale oltre al piano di riferimento della parete nella quale è formato, ciascun gradino essendo affacciato ad una rispettiva cavità risonante, i gradini essendo disposti in una corrispondenza uno a uno con le rispettive cavità risonanti. In the preferred embodiments, each resonator of the plurality of resonators comprises a step which is formed on the wall opposite the resonant cavity of the same resonator and which protrudes into the channel beyond the reference plane of the wall in which it is formed, each step facing a respective resonant cavity, the steps being arranged in a one-to-one correspondence with the respective resonant cavities.
Preferibilmente, ciascun risonatore è costituito da una cavità risonante e da una struttura a gradino formata nella parete laterale opposta alla parete laterale nella quale è formata la cavità risonante e in una stessa sezione longitudinale di guida d’onda rispetto alla direzione principale di propagazione dei segnali, cosicché le cavità risonanti e le strutture a gradino sono disposti in sequenza alternata su parete laterali opposte. Preferibilmente, la cavità risonante è uno stub. Preferably, each resonator consists of a resonant cavity and a step structure formed in the side wall opposite to the side wall in which the resonant cavity is formed and in a same longitudinal waveguide section with respect to the main direction of propagation of the signals. , so that the resonant cavities and the step structures are arranged in alternating sequence on opposite side walls. Preferably, the resonant cavity is a stub.
Preferibilmente, ciascuna cavità risonante ha una larghezza corrispondente all’apertura della cavità risonante sul canale in guida d’onda e il gradino opposto alla cavità risonante ha una larghezza di gradino lungo la direzione di propagazione dei segnali sostanzialmente uguale alla larghezza di cavità risonante. Preferably, each resonant cavity has a width corresponding to the opening of the resonant cavity on the waveguide channel and the step opposite the resonant cavity has a step width along the direction of propagation of the signals substantially equal to the width of the resonant cavity.
Preferibilmente, la struttura a gradino ha un’altezza di gradino definita con riferimento al piano di riferimento della parete laterale nella quale il gradino è formato, l’altezza di gradino essendo compresa tra 0 e 0,15λ&1, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante Bl. Preferably, the step structure has a step height defined with reference to the reference plane of the side wall in which the step is formed, the step height being between 0 and 0.15λ & 1, where λ & 1 is the wavelength guided corresponding to the central frequency of the passband Bl.
In alcune forme di realizzazione, ciascuna cavità risonante ha una sezione trasversale nel piano E ripiegata a forma di T o L per minimizzare l’ingombro lungo la direzione del campo E e presenta un’apertura a massimo accoppiamento sul canale in guida d’onda, preferibilmente di larghezza wkcompresa tra 0,08λ&ι e 0,35λ&1. In some embodiments, each resonant cavity has a cross section in plane E folded into a T or L shape to minimize clutter along the direction of field E and has a maximum coupling opening on the waveguide channel, preferably of width wk comprised between 0.08λ & ι and 0.35λ & 1.
In alcune forme di realizzazione preferite, il filtro elettronico è un filtro rigetta banda nel quale ciascun risonatore presenta almeno uno zero di trasmissione ad una frequenza compresa nella banda rigettata B2 ed almeno uno zero di riflessione ad una frequenza compresa nella banda passante Bl. In some preferred embodiments, the electronic filter is a band reject filter in which each resonator has at least one transmission zero at a frequency included in the rejected band B2 and at least one reflection zero at a frequency included in the pass band B1.
In alcune forme di realizzazione, la struttura di guida d’onda comprende una prima porta di ingresso/uscita, una seconda porta di ingresso/uscita dei segnali elettromagnetici, il canale in guida d’onda connettendo la prima con la seconda porta di ingresso/uscita. In some embodiments, the waveguide structure comprises a first input / output port, a second input / output port of the electromagnetic signals, the waveguide channel connecting the first with the second input / output port. exit.
Preferibilmente, le pareti laterali e il canale in guida d’onda sono formati in almeno un’unità metallica. Più preferibilmente, le pareti laterali e il canale di guida d’onda sono formati in una prima e una seconda unità metallica, le due unità metalliche costituendo due metà di una struttura a conchiglia che sono unibili tra loro mediante mezzi di chiusura meccanici in modo da formare una struttura di guida d’onda a sezione trasversale rettangolare. Preferably, the side walls and the waveguide channel are formed in at least one metal unit. More preferably, the side walls and the waveguide channel are formed in a first and a second metal unit, the two metal units constituting two halves of a shell structure which can be joined together by mechanical closing means so as to forming a rectangular cross-section waveguide structure.
Preferibilmente, i segnali elettromagnetici sono segnali satellitari e la banda operativa è selezionata nel gruppo che consiste in banda C, banda X, banda Ku, banda K, banda Ka e banda Q. In una forma di realizzazione, la banda operativa corrisponde alla banda Ku compresa tra 10 GHz e 18 GHz (i.e. [10, 18] GHz). Preferably, the electromagnetic signals are satellite signals and the operating band is selected in the group consisting of C-band, X-band, Ku-band, K-band, Ka-band and Q-band. In one embodiment, the operating band corresponds to the Ku band between 10 GHz and 18 GHz (i.e. [10, 18] GHz).
In un aspetto consistente con la presente divulgazione, è previsto un diplexer che comprende una sezione comune di accesso per l’ingresso di segnali elettromagnetici nella banda di frequenze operativa, una sezione di filtro di trasmissione e una sezione di filtro di ricezione, entrambe le sezioni di filtro essendo accoppiate alla sezione comune di accesso in modo da ricevere i segnali elettromagnetici che entrano nella sezione comune, in cui ciascuna sezione di filtro è un filtro che comprende le caratteristiche principali della presente invenzione. In one aspect consistent with the present disclosure, a diplexer is provided which comprises a common access section for the input of electromagnetic signals in the operating frequency band, a transmission filter section and a receiving filter section, both sections of filter being coupled to the common access section so as to receive the electromagnetic signals entering the common section, wherein each filter section is a filter comprising the main features of the present invention.
In alcune forme di realizzazione, è previsto un multiplexer che comprende un canale comune di accesso connesso ad una pluralità di filtri, almeno un filtro dei quali avente le caratteristiche principali del filtro della presente invenzione. In some embodiments, a multiplexer is provided which comprises a common access channel connected to a plurality of filters, at least one filter of which having the main characteristics of the filter of the present invention.
In una forma di realizzazione, è previsto un multiplexer che comprende una sezione comune di accesso per l’ingresso di segnali elettromagnetici nella banda di frequenze operativa e una pluralità di sezioni di filtro, ciascuna sezione di filtro essendo configurata per separare una sotto-banda di frequenze compresa nella banda operativa in modo tale che diverse sezioni di filtro siano configurate per separare diverse sotto-bande di frequenze. Ciascuna sezione di filtro del multiplexer è accoppiata alla sezione comune di accesso ed almeno una sezione di filtro della pluralità di sezioni di filtro è un filtro che comprende le caratteristiche principali della presente invenzione. In one embodiment, a multiplexer is provided which includes a common access section for the input of electromagnetic signals in the operating frequency band and a plurality of filter sections, each filter section being configured to separate a sub-band of frequencies within the operating band so that different filter sections are configured to separate different sub-bands of frequencies. Each filter section of the multiplexer is coupled to the common access section and at least one filter section of the plurality of filter sections is a filter comprising the main features of the present invention.
Il filtro secondo la presente invenzione è particolarmente adatto per l’applicazione nelle telecomunicazioni satellitari tramite antenne di bordo a microonde dedicate a servizi FSS (Fixed Satellite Services) o BSS (Broadcast Satellite Services) e/o multimediali operanti in regime multi portante con potenze equivalenti di diverse decine di kilowatt. The filter according to the present invention is particularly suitable for application in satellite telecommunications through on-board microwave antennas dedicated to FSS (Fixed Satellite Services) or BSS (Broadcast Satellite Services) and / or multimedia services operating in a multi-carrier regime with equivalent powers. of several tens of kilowatts.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla seguente descrizione dettagliata fatta in riferimento ad esempi di realizzazione dell’invenzione dati a titolo non limitativo e alle allegate figure in cui: Further features and advantages of the invention will result from the following detailed description made with reference to examples of implementation of the invention given for non-limiting purposes and the attached figures in which:
La figura la è una vista prospettica schematica di un filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare che comprende un risonatore formato da uno stub nel piano E. Figure la is a schematic perspective view of a rectangular waveguide band rejection filter that includes a resonator formed by a stub in the E plane.
La figura lb è una vista dalla porta di ingresso del filtro di figura la. Figure 1b is a view from the inlet port of the filter of Figure 1a.
La figura le è una sezione longitudinale della figura la nel piano AA. Figure 1a is a longitudinal section of Figure 1a in plane AA.
La figura 2 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza ottenuti da una simulazione numerica per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figure la- le. Figure 2 is a graph showing the transmission (solid line) and reflection (dotted line) coefficients as a function of the frequency obtained from a numerical simulation for a waveguide filter having the structure of figures la- le.
La figura 3 è una vista di sezione nel piano E di un filtro rigetta banda che comprende due risonatori a stub disposti in serie sulla stessa parete di guida d’onda e connessi tramite un tratto di guida d’onda rettangolare. Figure 3 is a section view in plane E of a band reject filter that includes two stub resonators arranged in series on the same waveguide wall and connected via a rectangular waveguide section.
Le figure 4, 5, 6 sono grafici che riportano le simulazioni dei coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza per diversi valori dei parametri geometrici del filtro in guida d’onda di figura 3. Figures 4, 5, 6 are graphs showing the simulations of the transmission coefficients (solid line) and reflection (dotted line) as a function of the frequency for different values of the geometric parameters of the waveguide filter in figure 3.
La figura 7 mostra una vista di sezione nel piano E di un filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare costituito dalla connessione in serie di due risonatori, ciascuno comprendente due stub simmetrici contrapposti. Figure 7 shows a section view in plane E of a rectangular waveguide band rejection filter consisting of the series connection of two resonators, each comprising two opposing symmetrical stubs.
La figura 8 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza simulati per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figura 7. Figure 8 is a graph showing the transmission (solid line) and reflection (dotted line) coefficients as a function of the simulated frequency for a waveguide filter having the structure of figure 7.
La figura 9 è una vista di sezione nel piano E di un filtro rigetta banda che comprende due risonatori a stub disposti in sequenza alternata su due pareti metalliche opposte e connessi tramite un tratto di guida d’onda rettangolare. Figure 9 is a sectional view in plane E of a band reject filter that includes two stub resonators arranged in alternating sequence on two opposite metal walls and connected via a rectangular waveguide section.
La figura 10 è un grafico che riporta la simulazione dei coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figura 9. Figure 10 is a graph showing the simulation of the transmission coefficients (solid line) and reflection (dotted line) as a function of the frequency for a waveguide filter having the structure of figure 9.
La figura Ila è una vista prospettica schematica di un filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare che comprende un risonatore formato da uno stub ed uno step nel piano E. Figure 11a is a schematic perspective view of a rectangular waveguide band rejection filter that includes a resonator formed by a stub and a step in the E plane.
La figura 1 lb è una vista dalla porta di ingresso del filtro di figura Ila. Figure 1b is a view from the inlet port of the filter of Figure 11a.
La figura 1 le è una sezione longitudinale della figura 1 la nel piano AA. Figure 1a is a longitudinal section of Figure 1a in the plane AA.
La figura 12 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza ottenuti da una simulazione numerica per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figure 1 la- 1 le. Figure 12 is a graph showing the transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of frequency obtained from a numerical simulation for a waveguide filter having the structure of figures 1 la-1 le .
La figura 13 mostra la vista di sezione nel piano E di una struttura di filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Figure 13 shows the section view in plane E of a rectangular waveguide band reject filter structure according to an embodiment of the present invention.
La figura 14 è un grafico che riporta la simulazione dei coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figura 13. Figure 14 is a graph showing the simulation of the transmission coefficients (solid line) and reflection (dotted line) as a function of the frequency for a waveguide filter having the structure of figure 13.
La figura 15 mostra la sezione nel piano E di una struttura di filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare secondo una forma di realizzazione della presente invenzione nella quale la lunghezza di connessione tra risonatori adiacenti è nulla, Lk= 0. Figure 15 shows the section in plane E of a filter structure rejecting a rectangular waveguide band according to an embodiment of the present invention in which the connection length between adjacent resonators is zero, Lk = 0.
La figura 16 è un grafico che riporta la simulazione dei coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza per un filtro in guida d’onda avente la struttura di figura 15. Figure 16 is a graph showing the simulation of the transmission coefficients (solid line) and reflection (dotted line) as a function of the frequency for a waveguide filter having the structure of figure 15.
La figura 17 è una rappresentazione schematica di una sezione nel piano E di una struttura di diplexer in guida d’onda rettangolare in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione. Figure 17 is a schematic representation of a section in plane E of a diplexer structure in a rectangular waveguide in accordance with an embodiment of the present invention.
La figura 18 mostra una vista prospettica di un diplexer avente la struttura in guida d’onda di figura 17 costruito con struttura metallica a conchiglia, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Figure 18 shows a perspective view of a diplexer having the waveguide structure of figure 17 built with a metal shell structure, according to an embodiment of the present invention.
La figura 19 è un grafico che riporta la curva simulata (linea continua) e la curva misurata (linea tratteggiata) in funzione della frequenza del coefficiente di riflessione alla porta comune di un diplexer in guida d’onda WR75 avente la struttura di figure 17-18. Figure 19 is a graph showing the simulated curve (solid line) and the measured curve (dashed line) as a function of the frequency of the reflection coefficient at the common port of a WR75 waveguide diplexer having the structure of figures 17- 18.
La figura 20 è un grafico che riporta la curva simulata (linea continua) e la curva misurata (linea tratteggiata) in funzione della frequenza del coefficiente di trasmissione tra le porte Tx e Rx di un diplexer in guida d’onda WR75 avente la struttura di figure 17-18. Figure 20 is a graph showing the simulated curve (solid line) and the measured curve (dashed line) as a function of the frequency of the transmission coefficient between the Tx and Rx gates of a WR75 waveguide diplexer having the structure of figures 17-18.
Nel seguito, numeri di riferimento uguali in figure diverse indicano elementi uguali o aventi uguali funzioni. In the following, identical reference numbers in different figures indicate elements having the same or having the same functions.
La figura la è una vista prospettica schematica di un filtro rigetta banda esemplificativo in guida d’onda rettangolare che comprende un risonatore formato da una cavità risonante costituita da una fessura ( stub ) in cortocircuito (ovvero, la fessura è terminata su una parete metallica). La figura lb è una vista dalla porta di ingresso del filtro di figura la, mentre la figura le è una sezione longitudinale nel piano AA di figura lb. Il filtro 1 comprende un canale in guida d’onda rettangolare 2 delimitato nel piano AA da una prima parete laterale 3 e da una seconda parete laterale 4, opposta alla prima parete laterale. La prima e la seconda parete laterale sono disposte su due rispettivi piani principali tra loro paralleli. L’onda elettromagnetica è confinata all’interno del canale in guida d’onda e si propaga lungo una direzione principale di propagazione dei segnali elettromagnetici indicata con la freccia 5, quest’ultima corrispondendo ad una direzione sostanzialmente parallela alle prima e seconda pareti laterali della guida d’onda. In figura la è indicata la direzione del vettore E del campo elettrico incidente e si definisce piano E il piano contenente il vettore É ed il vettore direzione di propagazione 5, ovvero, in figura lb, il piano A A. Il filtro comprende uno stub 6 nel piano E di altezza hkche si apre sul canale in guida d’onda con un’apertura di larghezza Wkche definisce la larghezza wkdello stub. Il canale in guida d’onda ha sezione rettangolare, in un piano perpendicolare al piano E, di larghezza a ed altezza b. I segnali elettromagnetici entrano ad una porta di ingresso 7 della guida d’onda ed escono da una porta di uscita 8, entrambe in un rispettivo piano perpendicolare al piano E. Lo stub agisce da cavità risonante introducendo una frequenza di risonanza, ovvero uno zero di trasmissione per il modo fondamentale dei segnali che si propagano lungo la guida d’onda. La frequenza dello zero di trasmissione è determinata principalmente dalle dimensioni dello stub nel piano E, ovvero hke wk. Lo zero di trasmissione definisce una banda di frequenze rigettate nella quale la trasmissione è interdetta, ovvero di frequenze alle quali il segnale è fortemente attenuato, indicata nel seguito con banda rigettata. La banda passante del filtro è definita quale l’intervallo di frequenze nel quale il filtro esibisce un elevato coefficiente di trasmissione tra le porte di accesso, preferibilmente maggiore di -0.2 dB. Figure la is a schematic perspective view of an exemplary band-rejecting filter in a rectangular waveguide comprising a resonator formed by a resonant cavity consisting of a shorted stub (i.e., the slot is terminated on a metal wall) . Figure 1b is a view from the inlet port of the filter of Figure 1a, while Figure 1a is a longitudinal section in the plane AA of Figure 1b. The filter 1 comprises a rectangular waveguide channel 2 delimited in the plane AA by a first side wall 3 and a second side wall 4, opposite the first side wall. The first and second side walls are arranged on two respective main planes parallel to each other. The electromagnetic wave is confined inside the waveguide channel and propagates along a main direction of propagation of the electromagnetic signals indicated by the arrow 5, the latter corresponding to a direction substantially parallel to the first and second side walls of the wave guide. Figure la indicates the direction of the vector E of the incident electric field and the plane E is defined as the plane containing the vector É and the propagation direction vector 5, or, in figure 1b, the plane A A. The filter includes a stub 6 in the plane E of height hk which opens onto the waveguide channel with an opening of width Wk which defines the width wk of the stub. The waveguide channel has a rectangular section, in a plane perpendicular to the E plane, of width a and height b. The electromagnetic signals enter an input port 7 of the waveguide and exit from an output port 8, both in a respective plane perpendicular to the plane E. The stub acts as a resonant cavity by introducing a resonant frequency, i.e. a zero of transmission by the fundamental mode of the signals propagating along the waveguide. The frequency of the zero transmission is mainly determined by the size of the stub in the E plane, i.e. hk and wk. The transmission zero defines a band of rejected frequencies in which transmission is forbidden, or of frequencies at which the signal is strongly attenuated, indicated below with a rejected band. The passband of the filter is defined as the frequency range in which the filter exhibits a high transmission coefficient between the access ports, preferably greater than -0.2 dB.
Gli spigoli interni 9 e 10 dello stub (figura le) sono arrotondati con un raggio di curvatura r, il cui valore dipende dallo specifico processo di costruzione meccanica adottato. In generale, i risonatori a stub sono strutture adatte a gestire elevati livelli di potenza in trasmissione (Tx) senza che si inneschino fenomeni di multipaction. Le dimensioni Wke hkdel risonatore a stub sono selezionate in dipendenza della banda passante e della banda rigettata che si desiderano ottenere e della capacità di trasmissione e reiezione dei segnali. La capacità di trasmissione e reiezione di un filtro rigetta banda è usualmente rappresentata dal coefficiente di trasmissione, Su, tra le porte di ingresso e uscita della guida d’onda (rispettivamente, porte 7 e 8 nelle figure la e le) e dal coefficiente di riflessione, Su, alla porta di ingresso della guida d’onda. The internal corners 9 and 10 of the stub (figure le) are rounded with a radius of curvature r, the value of which depends on the specific mechanical construction process adopted. In general, stub resonators are structures suitable for managing high levels of transmission power (Tx) without triggering multipaction phenomena. The dimensions Wke hk of the stub resonator are selected according to the passband and the rejected band to be obtained and the transmission and rejection capacity of the signals. The transmission and rejection capacity of a band rejection filter is usually represented by the transmission coefficient, Su, between the input and output ports of the waveguide (respectively, ports 7 and 8 in Figures 1a and 1) and by the coefficient of reflection, Up, at the input port of the waveguide.
La figura 2 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza di un filtro con struttura del filtro 1 di figure la-lc risultanti da una simulazione numerica. La guida d’onda considerata nella simulazione aveva dimensioni a x b di 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle richieste per una guida d’onda WR75, che rappresenta uno standard di guida d’onda rettangolare usata nella banda [10, 15] GHz. Le dimensioni dello stub erano Wk= 4 mm, /3⁄4=4, 1 mm e r=0,5 mm. Il coefficiente di trasmissione ha uno zero ad una frequenza di 14,5 GHz. Nel grafico sono indicate una banda passante B1 nell’intervallo di frequenze da 9 a 12 GHz (28,6 % di banda percentuale riferita alla frequenza centrale della banda passante Bl) ed una banda rigettata B2 da 13 a 16 GHz (20,7 % di banda percentuale riferita alla frequenza centrale della banda rigettata B2). La banda percentuale di transizione tra Bl e B2 è pari a 8% (riferita alla frequenza centrale della banda di transizione 12-13 GHz). Figure 2 is a graph showing the transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency of a filter with structure of the filter 1 of Figures 1a-1c resulting from a numerical simulation. The waveguide considered in the simulation had dimensions a x b of 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those required for a WR75 waveguide, which represents a standard of rectangular waveguide used in the band [10, 15] GHz. The dimensions of the stub were Wk = 4 mm, / 3⁄4 = 4, 1 mm and r = 0.5 mm. The transmission coefficient has a zero at a frequency of 14.5 GHz. The graph shows a passband B1 in the frequency range from 9 to 12 GHz (28.6% of the percentage band referred to the central frequency of the passband Bl ) and a rejected band B2 from 13 to 16 GHz (20.7% of the percentage band referred to the central frequency of the rejected band B2). The transition percentage band between B1 and B2 is equal to 8% (referred to the central frequency of the transition band 12-13 GHz).
Se da una parte all’ aumentare della larghezza dello stub aumentano le capacità del filtro sia di reiezione (derivante da un maggiore accoppiamento con il canale in guida rettangolare) sia di gestione di potenze elevate in trasmissione (dovuto all’aumento della tensione equivalente necessaria all’innesco delle scariche per multipaction ), una larghezza elevata dello stub comporta valori di coefficiente di riflessione non sufficientemente bassi all’interno della banda passante Bl. Con riferimento alla figura 2, il coefficiente di riflessione Su ha ampiezza inferiore a -10 dB nella banda Bl. Ad esempio, tale valore cresce a -7 dB per una struttura con wk= 8 mm e hk= 3,8 e nella quale gli altri parametri strutturali rimangono invariati rispetto all’esempio numerico precedente. Inoltre, in pratica e nell’ambito delle tecnologie di fabbricazione dei filtri elettronici in guida d’onda comunemente utilizzate (ad esempio, fresatura ed elettroerosione), esiste un limite inferiore sulla larghezza dello stub. Tale valore è tipicamente definito dalla dimensione degli utensili impiegati per formare le discontinuità strutturali nelle pareti della guida d’onda. If on the one hand, as the stub width increases, the filter capacities increase both for rejection (resulting from a greater coupling with the channel in the rectangular guide) and for managing high transmission powers (due to the increase in the equivalent voltage necessary for 'triggering of discharges by multipaction), a large width of the stub results in insufficiently low reflection coefficient values within the passband B1. With reference to Figure 2, the reflection coefficient Su has an amplitude lower than -10 dB in the band B1. For example, this value grows to -7 dB for a structure with wk = 8 mm and hk = 3.8 and in which the other structural parameters remain unchanged compared to the previous numerical example. Furthermore, in practice and in the context of commonly used electronic waveguide filter manufacturing technologies (for example, milling and EDM), there is a lower limit on the width of the stub. This value is typically defined by the size of the tools used to form the structural discontinuities in the waveguide walls.
Una configurazione di risonatore che presenti un elevato coefficiente di riflessione è particolarmente svantaggiosa per la realizzazione di filtri a larga banda, ottenuti mediante la cascata di più risonatori. Di fatto, livelli di coefficienti di riflessione elevati dei singoli risonatori genera un’elevata onda stazionaria tra i risonatori che costituiscono i filtri, non consentendo di ottenere bassi livelli di coefficiente di riflessione, di perdite e di distorsione di fase su una banda larga e limitando il massimo livello di potenza in trasmissione dei filtri. A resonator configuration having a high reflection coefficient is particularly disadvantageous for the realization of broadband filters, obtained by cascading several resonators. In fact, high levels of reflection coefficients of the individual resonators generate a high standing wave between the resonators that make up the filters, not allowing to obtain low levels of reflection coefficient, losses and phase distortion over a wide band and limiting the maximum level of transmission power of the filters.
La Richiedente ha osservato che la presenza di modi di propagazione di ordine superiore lungo la guida d’onda rettangolare di un filtro a larga banda che prevede due risonatori prossimi e adiacenti può notevolmente deteriorare il livello di reiezione in banda rigettata a causa dell’interazione elettromagnetica tra i due risonatori attraverso i primi due modi di ordine superiore, TEn e TMn, della guida d’onda che connette i risonatori. Il deterioramento è da intendersi rispetto alle prestazioni che si ottengono a seguito di un’interazione elettromagnetica tra due risonatori prossimi adiacenti tramite unicamente il modo fondamentale (TEi0) della guida rettangolare. The Applicant has observed that the presence of higher order propagation modes along the rectangular waveguide of a broadband filter which provides two close and adjacent resonators can considerably deteriorate the rejection level in the rejected band due to the electromagnetic interaction. between the two resonators through the first two higher order modes, TEn and TMn, of the waveguide connecting the resonators. The deterioration is to be understood with respect to the performance obtained as a result of an electromagnetic interaction between two adjacent resonators only through the fundamental mode (TEi0) of the rectangular guide.
La figura 3 mostra una vista di sezione nel piano E di un filtro 17 che comprende due risonatori costituiti da un rispettivo stub 18 e 19, ciascuno dei quali, per semplicità di descrizione, avente struttura uguale a quella del risonatore 1 riportato in figura la-lc. Lo stub 18 ha altezza hke larghezza mentre lo stub 19 ha altezza hk+i e larghezza Wk+i . Gli stub sono connessi in serie lungo la direzione di propagazione 5 dei segnali, ovvero lungo il canale in guida d’onda delimitato dalle pareti laterali 3 e 4 e avente una porta di ingresso 7 e una porta di uscita 8. I due stub 18 e 19 sono spaziati tra loro da una sezione longitudinale 20 di guida d’onda di lunghezza Lk, definita lungo la direzione di propagazione dei segnali e di altezza bk, corrispondente alla distanza tra le pareti laterali nella sezione di guida d’onda tra i due stub. La sezione longitudinale di guida d’onda che separa due risonatori prossimi adiacenti verrà indicata nel seguito con sezione di connessione, mentre la sua lunghezza Lkcon lunghezza di connessione. Nella struttura di figura 3 la sezione di connessione ha sezione trasversale rettangolare nel piano E. Figure 3 shows a sectional view in plane E of a filter 17 which comprises two resonators consisting of a respective stub 18 and 19, each of which, for simplicity of description, having the same structure as that of the resonator 1 shown in figure la- lc. Stub 18 has height hk and width while stub 19 has height hk + i and width Wk + i. The stubs are connected in series along the direction of propagation 5 of the signals, i.e. along the waveguide channel delimited by the side walls 3 and 4 and having an input port 7 and an output port 8. The two stubs 18 and 19 are spaced apart by a longitudinal waveguide section 20 of length Lk, defined along the direction of propagation of the signals and of height bk, corresponding to the distance between the side walls in the waveguide section between the two stubs . The longitudinal section of the waveguide that separates two adjacent neighboring resonators will be indicated below with the connection section, while its length Lk with the connection length. In the structure of figure 3 the connection section has a rectangular cross section in the E plane.
E’ da intendersi che l’altezza bkdella sezione di connessione tra i due risonatori 18 e 19 può essere diversa dall’altezza b della guida d’onda alle porte di ingresso e uscita, 7 e 8, del filtro. In particolare, una diminuzione dell’altezza bkconsente di aumentare la reiezione del filtro in banda rigettata, ma a discapito delle altre figure di merito, quali coefficiente di riflessione in banda passante e capacità di gestire potenze elevate in trasmissione, rendendo, quindi, l’architettura non conforme alle specifiche tecniche imposte in molte applicazioni. It should be understood that the height bk of the connection section between the two resonators 18 and 19 may be different from the height b of the waveguide at the input and output ports, 7 and 8, of the filter. In particular, a decrease in the height bk allows to increase the rejection of the filter in the rejected band, but to the detriment of the other figures of merit, such as the reflection coefficient in the passband and the ability to manage high transmission powers, thus making the architecture does not comply with the technical specifications imposed in many applications.
La figura 4 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione e di riflessione (linea tratteggiata) risultanti da una simulazione numerica in funzione della frequenza per un filtro con struttura descritta con riferimento alla figura 3. La guida d’onda considerata nella simulazione i cui risultati sono riportati in figura 4 aveva dimensioni a x b di 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle di una guida d’onda WR75, wk= wk+i=4,0 mm, hk= hk+i=A,\ mm, Lk= 3,0 mm, bk=b e r=0,5 mm. Il coefficiente di trasmissione S2i rappresentato con linea tratto-punto in figura 4 è il risultato di una simulazione in cui si assume che l’interazione elettromagnetica tra i risonatori 18 e 19 avvenga mediante il solo modo fondamentale della guida d’onda per cui è previsto uno zero doppio di trasmissione a circa 14.5 GHz. Il coefficiente di trasmissione S2i rappresentato dalla linea solida in figura 4 è il risultato di una simulazione in cui si assume che l’interazione tra i due risonatori avvenga anche attraverso i modi di ordine superiore. Si può osservare una notevole degradazione della capacità di reiezione del filtro 17 in banda rigettata B2 nel caso di interazione multi-modale tra i risonatori. Questo fenomeno è causato dalla forte interazione multi-modale tra i risonatori 18 e 19 e, in particolar modo, da un’interazione elettromagnetica associata ai primi due modi di ordine superiore della guida d’onda. Quest’interazione viene ad instaurarsi a causa delle non sufficientemente bassa attenuazione dei modi TEn e TMn introdotta dalla sezione di guida d’onda rettangolare 20 che presenta ridotta lunghezza elettrica, dove la lunghezza elettrica è definita come il rapporto tra la lunghezza Lke la lunghezza d’onda guidata Xgnella guida d’onda. Figure 4 is a graph showing the transmission and reflection coefficients (dashed line) resulting from a numerical simulation as a function of frequency for a filter with structure described with reference to Figure 3. The wave guide considered in the simulation whose results are reported in figure 4 had dimensions a x b of 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those of a WR75 waveguide, wk = wk + i = 4.0 mm, hk = hk + i = A, \ mm , Lk = 3.0mm, bk = b and r = 0.5mm. The transmission coefficient S2i represented with a dash-dot line in Figure 4 is the result of a simulation in which it is assumed that the electromagnetic interaction between the resonators 18 and 19 occurs through the only fundamental mode of the waveguide for which it is foreseen. a double zero of transmission at about 14.5 GHz. The transmission coefficient S2i represented by the solid line in figure 4 is the result of a simulation in which it is assumed that the interaction between the two resonators also occurs through the higher order modes. A considerable degradation of the rejection capacity of filter 17 in rejected band B2 can be observed in the case of multi-modal interaction between the resonators. This phenomenon is caused by the strong multi-modal interaction between resonators 18 and 19 and, in particular, by an electromagnetic interaction associated with the first two higher-order modes of the waveguide. This interaction is established due to the insufficiently low attenuation of the modes TEn and TMn introduced by the rectangular waveguide section 20 which has a reduced electrical length, where the electrical length is defined as the ratio between the length Lk and the length d guided wave X in the waveguide.
La lunghezza d’onda guidata associata al modo fondamentale che si propaga in una guida d’onda rettangolare è pari a The guided wavelength associated with the fundamental mode that propagates in a rectangular waveguide is equal to
dove λ è la lunghezza d’onda nello spazio libero. where λ is the wavelength in free space.
Ad esempio, la lunghezza d’onda guidata λ&0in una guida rettangolare WR75 alla frequenza centrale /0=12.5 GHz della banda operativa [10, 15] GHz è pari approssimativamente a 30 mm, per cui la lunghezza elettrica della sezione di guida d’onda tra i due stub adiacenti di figura 3 risulta essere pari a circa 1/10. For example, the guided wavelength λ & 0 in a WR75 rectangular guide at the center frequency /0=12.5 GHz of the operating band [10, 15] GHz is approximately 30 mm, so the electrical length of the waveguide section between the two adjacent stubs of figure 3 it is equal to about 1/10.
La Richiedente ha considerato, quale possibile soluzione a questa problematica, un incremento della lunghezza elettrica della sezione di connessione 20 di una quantità pari a λ&2/2 (sezione di connessione che lavora alla seconda risonanza). La figura 5 riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza simulati al computer di un filtro come quello di figura 3. Rispetto alla simulazione di figura 4, nella simulazione di figura 5 si è unicamente variata la lunghezza Lkdella sezione di guida d’onda rettangolare 20 tra i risonatori 18 e 19, il cui valore è pari a 15 mm, ovvero 5 volte il valore utilizzato nella simulazione di figura 4. In particolare, al valore di Lkdella simulazione di figura 4 è stata aggiunta una quantità pari a 12 mm, corrispondente a λ&2/2 alla frequenza centrale della banda rigettata /2=14.5 GHz. Dalla figura 5 si nota che l’incremento del valore di Lkconsente di attenuare notevolmente l’interazione elettromagnetica tra i risonatori 18 e 19 causata dai modi di ordine superiore della guida rettangolare, ripristinando la presenza, in banda rigettata B2, di due zeri del coeffi ci ente di trasmi ssione 3⁄4i. The Applicant has considered, as a possible solution to this problem, an increase in the electrical length of the connection section 20 by an amount equal to λ & 2/2 (connection section working on the second resonance). Figure 5 shows the transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency simulated by the computer of a filter such as that of figure 3. Compared to the simulation of figure 4, in the simulation of figure 5 it is only the length Lk of the section of the rectangular waveguide 20 has changed between the resonators 18 and 19, the value of which is equal to 15 mm, i.e. 5 times the value used in the simulation of figure 4. In particular, to the value of Lk of the simulation of figure 4, a quantity equal to 12 mm has been added, corresponding to λ & 2/2 at the central frequency of the rejected band /2=14.5 GHz. resonators 18 and 19 caused by the higher order modes of the rectangular guide, restoring the presence, in the rejected band B2, of two zeros of the transmission coefficient 3⁄4i.
Tuttavia, la Richiedente ha notato che questa soluzione tecnologica aggrava l’ingombro e la massa dei filtri e riduce la loro larghezza di banda a causa della notevole rotazione di fase introdotta dalla sezione di connessione, risultando, quindi, non praticabile in molte applicazioni di interesse. However, the Applicant has noted that this technological solution aggravates the bulk and mass of the filters and reduces their bandwidth due to the considerable phase rotation introduced by the connection section, thus resulting not feasible in many applications of interest. .
E’ stata considerata una seconda possibile soluzione atta alla riduzione dell’interazione multi-modale tra i risonatori che prevede l’utilizzo di una guida d’onda rettangolare ribassata, ovvero di una guida d’onda rettangolare nella quale l’altezza b è ridotta. Il grafico di figura 6 riporta i coefficienti simulati di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza di un filtro con struttura come quella di figura 3, nel quale le dimensioni della guida rettangolare ribassata a x b sono pari a 19,05 mm x 5 mm e wk= wk+;=4,0 mm, hk= hk+i=5,4 mm, Lk= 3,0 mm, bk=b e r=0,5 mm. La variazione dei valori dei parametri hkrispetto a quelli della geometria a cui si riferiscono le simulazioni riportate nelle figure 4 e 5 compensa la variazione dell’altezza b della guida in cui sono inseriti i due risonatori. Sebbene non siano presenti i due zeri di trasmissione sull’asse reale delle frequenze, il coefficiente di trasmissione Sj\del filtro in guida d’onda rettangolare ribassata presenta un’adeguata reiezione in banda rigettata con un minimo a livelli di -30 dB in centro banda B2. A second possible solution for reducing the multi-modal interaction between the resonators was considered, which involves the use of a lowered rectangular waveguide, or a rectangular waveguide in which the height b is reduced. . The graph in figure 6 shows the simulated transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency of a filter with a structure like that of figure 3, in which the dimensions of the lowered rectangular guide a x b are equal to 19 , 05mm x 5mm and wk = wk +; = 4.0mm, hk = hk + i = 5.4mm, Lk = 3.0mm, bk = b and r = 0.5mm. The variation of the values of the parameters hk compared to those of the geometry to which the simulations shown in Figures 4 and 5 refer compensates for the variation of the height b of the guide in which the two resonators are inserted. Although the two transmission zeros are not present on the real frequency axis, the transmission coefficient Sj \ of the filter in the lowered rectangular waveguide has adequate rejection in the rejected band with a minimum at levels of -30 dB in the center band B2.
La Richiedente ha osservato che questa soluzione tecnologica presenta delle forti limitazioni in termini di massima potenza gestibile in trasmissione, conseguente a livelli di campo elettrico più elevati nella struttura interna del filtro a parità di potenza incidente, di perdite di inserzione, conseguenti a correnti elettriche più elevate che scorrono sulle pareti laterali del filtro, e di coefficiente di riflessione in banda passante. The Applicant has observed that this technological solution has strong limitations in terms of maximum power that can be managed in transmission, consequent to higher electric field levels in the internal structure of the filter with the same incident power, insertion losses, consequent to lower electric currents. high that flow on the side walls of the filter, and of reflection coefficient in the passband.
Una terza possibile soluzione applicabile ai filtri in guida rettangolare per ovviare all’interazione tra risonatori adiacenti che avviene attraverso i modi TEn e TMn prevede di simmetrizzare la struttura dei risonatori. La figura 7 mostra una vista della sezione nel piano E di un filtro rigetta banda in guida d’onda rettangolare nel piano E che comprende due risonatori simmetrici, ciascuno costituito da due stub uguali contrapposti. Il filtro comprende un canale in guida d’onda 2 delimitato nel piano E da una prima e una seconda parete laterale 3, 4. Sulla prima parete laterale 3 sono disposti in serie due stub 21a e 21b che affacciano due rispettivi stub 22a e 22b formati sulla seconda parete laterale 4, opposta alla prima parete laterale. Ciascuna coppia di stub contrapposti (i.e. 21a, 22a e 21b, 22b) crea una cavità risonante caratterizzata da una frequenza di risonanza. Le altezze hke hk+1e le larghezze wke wk+ 1dei due stub costituenti ciascun risonatore sono identiche e sono determinate, per ciascun risonatore, sulla base della frequenza di risonanza e del fattore di qualità richieste per ciascun risonatore allo scopo di ottenere la risposta in frequenza desiderata del filtro. In una guida d’onda con una pluralità di risonatori a stub simmetrici del tipo mostrato in figura 7, l’interazione elettromagnetica tra i risonatori prossimi e adiacenti lungo la direzione di propagazione dei segnali avviene sostanzialmente solo tramite il modo fondamentale in quanto i due modi di ordine superiore TEn e TMn non vengono eccitati per simmetria. A third possible solution applicable to filters in rectangular guides to obviate the interaction between adjacent resonators that occurs through the TEn and TMn modes involves symmetrizing the structure of the resonators. Figure 7 shows a section view in plane E of a rectangular waveguide band rejection filter in plane E which includes two symmetrical resonators, each consisting of two identical opposing stubs. The filter comprises a waveguide channel 2 delimited in the plane E by a first and a second side wall 3, 4. Two stubs 21a and 21b are arranged in series on the first side wall 3, facing two respective stubs 22a and 22b formed on the second side wall 4, opposite the first side wall. Each pair of opposing stubs (i.e. 21a, 22a and 21b, 22b) creates a resonant cavity characterized by a resonant frequency. The heights hke hk + 1 and the widths wke wk + 1 of the two stubs making up each resonator are identical and are determined, for each resonator, on the basis of the resonant frequency and quality factor required for each resonator in order to obtain the desired frequency response. filter. In a waveguide with a plurality of symmetrical stub resonators of the type shown in Figure 7, the electromagnetic interaction between the proximate and adjacent resonators along the direction of propagation of the signals occurs essentially only through the fundamental mode since the two modes of higher order TEn and TMn are not excited by symmetry.
La figura 8 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza risultanti da una simulazione numerica di un filtro avente la struttura di figura 7 e lunghezza di connessione Lk= 3,0 mm. Le dimensioni della guida d’onda considerata nella simulazione è conforme alle specifiche tecniche WR75 e i due risonatori simmetrici 2 la, 22a e 21b, 22b hanno le medesime dimensioni wk= wk+;=4,0 mm, hk= hk+]=5,4 mm, bk=b, e r=0,5. Poiché le due cavità risonanti hanno le stesse dimensioni, ciascuna definisce uno zero di trasmissione alla stessa frequenza e pari a 14,5 GHz. Il coefficiente di trasmissione, S2i, del filtro è attenuato in banda rigettata presentando un minimo in centro banda B2 di circa -35 dB (equivalente a due zeri di trasmissione nel piano complesso prossimi all’asse reale delle frequenze). Nonostante la presenza di uno zero di riflessione alla frequenza di 11 GHz, il filtro esibisce un significativo coefficiente di riflessione, Su, in banda passante con un valore massimo pari a -4 dB alla frequenza di taglio superiore della banda passante, i.e. 12 GHz. Senza voler essere vincolati da una particolare teoria o spiegazione, tale comportamento è causato da un maggiore disadattamento alle porte di ingresso di ciascun risonatore avente la struttura simmetrica riportata in figura 7 rispetto alla struttura a singolo stub riportata in figure la- le. Conseguentemente, filtri con ampia banda passante possono essere implementati con questa soluzione architetturale ricorrendo ad un numero maggiore di risonatori. In alternativa, il coefficiente di riflessione del filtro di figura 7 può essere diminuito in prossimità della frequenza di taglio superiore della banda passante spostando lo zero del coefficiente di riflessione sull’asse reale delle frequenze, ovvero riducendo la lunghezza di connessione Z*. ;La Richiedente ha, tuttavia, osservato che la fabbricazione di guide d’onda metalliche con cavità risonanti simmetriche e lunghezza di connessione inferiore a circa 4-6 mm può diventare problematica dal punto di vista meccanico. Ad esempio, in una realizzazione meccanica formata da due unità metalliche a conchiglia ( clamshett) non riesce ad essere inserita e/o essere ben serrata una vite tra una cavità e la successiva cosicché non è garantita una buona chiusura tra le parti metalliche che formano la guida d’onda con conseguente aumento di perdite di segnale lungo la guida. ;La Richiedente ha capito che una struttura di filtro in guida d’onda che prevede una pluralità di cavità risonanti disposte alternativamente sulla prima parete laterale e sulla seconda parete laterale lungo la direzione di propagazione dei segnali consente di ridurre notevolmente l’influenza dei modi di ordine superiore TEn e TMn sulla reiezione del filtro in banda rigettata senza un apprezzabile deterioramento delle altre figure di merito del filtro. ;La figura 9 è una vista di sezione nel piano E di un filtro rigetta banda che comprende due risonatore a stub disposti in sequenza alternata su due pareti metalliche opposte e connessi tramite una sezione di guida d’onda rettangolare. La struttura di filtro 23 in guida d’onda prevede due risonatori a stub 24 e 25 disposti alternativamente sulla prima parete laterale 27 e sulla seconda parete laterale 28 lungo la direzione di propagazione 5 dei segnali. Le pareti laterali delimitano il canale in guida d’onda 2. I due risonatori 24 e 25 formati sulle due pareti laterali opposte 27 e 28 sono connessi tramite una sezione di guida d’onda rettangolare di altezza bke lunghezza Lk, ovvero tramite una sezione di connessione. ;La figura 10 riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza simulati per una struttura di filtro di figura 9 a due stub disposti alternativamente sulle pareti opposte di una guida d’onda rettangolare. I parametri geometrici assumono gli stessi valori di quelli dell’esempio di figura 4 per un filtro avente la struttura di figura 3, ovvero a x b pari a 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle di una guida d’onda WR75, wk= wk+;=4,0 mm, hk= hk+]=4J mm, Lk= 3,0 mm, bk=b e r=0,5 mm. Il coefficiente di trasmissione, S2i, presenta due zeri sull’asse reale delle frequenze in banda rigettata, rispettivamente a circa 13,75 GHz e a 15,75 GHz. Senza voler essere vincolati da nessuna teoria o spiegazione, lo spostamento degli zeri di trasmissione dalla posizione nominale di 14,5 GHz è riconducibile alla ridotta interazione multi-modale residua tra i due risonatori. Contestualmente, il filtro esibisce un coefficiente di riflessione inferiore a -16 dB nell’intera banda passante con uno zero alla frequenza di 11,7 GHz. ;La Richiedente ha capito che le lunghezze di connessione Lktra risonatori successivi ricavati su pareti opposte non presentano criticità dal punto di vista meccanico. E’ pertanto possibile dimensionare la lunghezza di connessione in modo da massimizzare le prestazioni elettriche dei filtri a larga banda, in particolare ma non esclusivamente, in modo da minimizzare il coefficiente di riflessione del filtro in banda passante. ;Si è osservato che, anche per strutture in cui le lunghezze di connessione sono inferiori a circa 4 mm, non sono presenti elementi meccanici di dimensioni critiche che possono compromettere la costruzione e l’assemblaggio meccanico in una realizzazione meccanica di tipo clamshell. In particolare, si è trovato che un filtro in guida d’onda che comprende una pluralità di cavità risonanti disposte alternativamente sulle pareti laterali opposte lungo il canale in guida d’onda con lunghezza di connessione tra risonatori successivi molto piccola o sostanzialmente nulla permette di ottenere il massimo accoppiamento elettrico tra risonatori adiacenti lungo la direzione di propagazione dei segnali in quanto la larghezza wkdi ciascun risonatore può essere massimizzata. Questo aspetto consente di avere risonatori con larghezza di apertura sul canale in guida d’onda maggiore e, quindi, di gestire un maggiore livello di potenza in trasmissione senza che si inneschino fenomeni di scarica per multipaction. Vantaggiosamente, la sostanziale assenza delle sezioni di connessione riduce le dimensioni e il peso della struttura, in generale metallica, del filtro. ;Secondo un aspetto principale consistente con la presente divulgazione, la sezione longitudinale di guida d’onda ha lunghezza di connessione lungo la direzione principale di propagazione dei segnali inferiore o uguale a λ&1/8, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante. Preferibilmente, la lunghezza di connessione è uguale o inferiore a λ&ι/16. La Richiedente ha capito che, in alcune forme di realizzazione preferite, l’inserimento di un gradino ( step ) che protrude all’interno del canale in guida d’onda e che affaccia una cavità risonante ( stub ) disposta nella parete laterale opposta aumenta la flessibilità di progettazione del filtroi. La Richiedente ha realizzato che la disposizione alternata delle cavità risonanti sulle pareti laterali della guida d’onda è applicabile a filtri con risonatori aventi struttura composita stub-step , ottenendo così una flessibilità di fabbricazione meccanica e una riduzione dell’interazione multimodale tra risonatori adiacenti, anche per lunghezze di connessione piccole o molto piccole. In particolare, è stato trovato che la lunghezza di connessione può essere ridotta a zero senza introdurre un significativo deterioramento della reiezione complessiva della struttura. ;Le figure lla-llc riportano la vista prospettica, la vista frontale e di sezione nel piano E di un esemplificativo filtro rigetta banda 11 in guida d’onda rettangolare la cui struttura di guida d’onda comprende un singolo risonatore costituito da uno stub e da uno step. Uno step 12 è formato in una stessa sezione longitudinale di guida d’onda che comprende uno stub 29 formato nella parte laterale opposta 3 rispetto quella alla parete laterale 4 nella quale è formato lo step. Lo step 12 comprende una prima parete verticale 13 e una seconda parete verticale 14 che lo delimitano lateralmente e definiscono la sua estensione all’interno del canale in guida d’onda lungo la direzione di propagazione dei segnali elettromagnetici. Le pareti verticali 13, 14 dello step hanno altezza hk' rispetto al piano di riferimento della parete laterale 4. Preferibilmente, le posizioni delle pareti 13 e 14 dello step lungo l’asse di propagazione 5 sono allineate rispettivamente con quelle 15 e 16 dello stub per motivi di semplicità meccanica e di progettazione. In queste realizzazioni preferite, quindi, la larghezza wkdello step 12 coincide con quella wkdello stub 29. ;L’inserimento dello step 12 accresce la flessibilità progettuale del risonatore, in quanto una variazione della sua altezza hkcomporta una variazione del coefficiente di riflessione del risonatore in banda passante B1 senza modificare sostanzialmente le caratteristiche di isolamento del risonatore in banda rigettata. In particolare, la Richiedente ha osservato che è possibile configurare un risonatore composito stubstep in modo da produrre uno zero di trasmissione in banda rigettata B2 ed uno zero di riflessione in banda passante B 1. ;La figura 12 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) risultanti da una simulazione al computer in funzione della frequenza di un filtro con struttura del filtro 11 di figure 11 a- Ile. La guida d’onda considerata nella simulazione aveva dimensioni a x b di 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle di una guida d’onda WR75, wk'=wk= 4,0 mm, hk= 4,45 mm, hk=2,0 mm e r=0,5 mm. Il coefficiente di trasmissione Sj\presenta uno zero in banda rigettata B2 ad una frequenza di 14,5 GHz ed un coefficiente di riflessione Sucon uno zero in banda passante B1 ad una frequenza di 9,5 GHz. Si osserva che la struttura composita stub-step di figura lla-llc consente di aumentare la larghezza wkdello stub, migliorando quindi le prestazioni del filtro in termini di gestione di potenza in trasmissione e di reiezione in banda rigettata, pur garantendo valori relativamente bassi di coefficiente di riflessione in banda passante Bl, ovvero Su inferiore a circa -15 dB in banda Bl (figura 12). ;La figura 13 mostra schematicamente la sezione trasversale nel piano E di una struttura di una guida d’onda rettangolare 40 per un filtro rigetta banda secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. La struttura di guida d’onda comprende un canale in guida d’onda rettangolare 2 (i.e. a sezione rettangolare in un piano perpendicolare al piano E) delimitato da una prima parete laterale 39 e da una seconda parete laterale 41, opposta alla prima parete laterale. La prima e la seconda parete laterale di guida d’onda hanno un rispettivo piano di riferimento principale 37 e 38 definito quale il piano principale sul quale giace la rispettiva parete laterale. I segnali elettromagnetici entrano nel canale in guida d’onda 2 lungo la direzione principale di propagazione indicata in figura con la freccia 5, in generale parallela ai piani di riferimento 37, 38 delle pareti laterali che preferibilmente sono tra loro paralleli. ;Preferibilmente, il canale in guida d’onda rettangolare ha larghezza a superiore a λπΐ3χ/2, dove λΙΤ13χè la lunghezza d’onda nello spazio libero corrispondente alla minima frequenza /mindella banda operativa di frequenze del filtro. La banda operativa è definita quale intervallo di frequenze includente la banda passante B1 e la banda rigettata rigettata B2. La distanza b tra le pareti laterali opposte, definita come distanza tra i piani di riferimento delle rispettive pareti laterali, è preferibilmente uguale o inferiore a all. In alcune forme di realizzazione, i valori di a e b sono conformi agli standard delle guida d’onda rettangolari usate nei filtri per comunicazioni satellitari. ;Ad esempio, in una struttura di guida d’onda rettangolare WR75 usata nella banda di frequenza da 10 a 15 GHz, circa corrispondente alla banda di frequenza Ku, ληΐ3χ = 30 mm corrisponde alla frequenza /min=10 GHz e il canale in guida d’onda ha dimensioni a=19,05 mm e b= 9,525 mm. ;La struttura di guida d’onda 40 comprende una pluralità di n cavità risonanti 1..., k-1, k , k+ 1,..., n disposte in sequenza alternata su pareti laterali opposte lungo la direzione di principale di propagazione e spaziate tra loro da sezioni longitudinali di guida d’onda di lunghezza Lk. In particolare, due cavità risonanti prossime adiacenti della pluralità di n cavità risonanti sono formate su pareti laterali opposte e sono separate da una sezione longitudinale di guida d’onda, ovvero da una sezione di connessione. ;La sezione di connessione tra due cavità risonanti prossime adiacenti è preferibilmente priva di discontinuità. In altre parole, le pareti laterali opposte, in corrispondenza della sezione di connessione, si sviluppano lungo i rispettivi piani di riferimento. Nei maggior parte dei casi di interesse, questa condizione implica che l’altezza bkdella sezione di connessione sia uguale all’altezza b della guida d’onda all’ingresso (e all’uscita) del canale in guida d’onda. ;Nell’esempio in figura 13 la struttura di guida d’onda del filtro comprende cinque cavità risonanti a stub 42, 43, 44, 30 e 31 formate alternativamente nelle pareti laterali 39, 41 della guida d’onda. ;Preferibilmente, nel filtro, per ciascuno stub disposto in una determinata sezione longitudinale di guida d’onda, è previsto uno step disposto sulla parete laterale opposta a quella del rispettivo stub ed in corrispondenza della medesima determinata sezione longitudinale di guida d’onda. Gli step risultano quindi disposti in sequenza alternata lungo pareti laterali opposte. Nella presente forma di realizzazione, il filtro comprende una pluralità di risonatori disposti in sequenza lungo la direzione principale di guida d’onda, ciascun risonatore comprendendo una cavità risonante a stub e uno step disposto sulla parete laterale opposta a quella del rispettivo stub , in modo tale che le cavità risonanti di ciascun risonatore sono disposte opposte a corrispondenti step in una corrispondenza uno a uno. In figura 13, gli step dei rispettivi risonatori sono indicati con 42', 43', 44', 30' e 3Γ. ;Preferibilmente, la disposizione degli stub e degli step è tale per cui l’asse in una direzione perpendicolare al piano di riferimento della parete laterale nella quale ciascuno stub è formato e centrale rispetto alla dimensione principale della guida d’onda coincide sostanzialmente con l’asse centrale dello step ad esso opposto. I rispettivi assi centrali dei cinque risonatori del filtro sono indicati in figura 13 con i numeri di riferimento 32, 33, 34, 35, 36. ;Le altezze hke hk\ rispettivamente, dello stub k e dello step k del risonatore k (k= Ι,.,.ή) sono definite quali altezza massima rispetto al piano di riferimento della rispettiva parete laterale, e.g. lungo il loro rispettivo asse centrale. Preferibilmente, l’altezza hkdello stub può assumere valori compresi tra 0,1 λ&2e 0,8λ&2, dove λ&2è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda rigettata B2. Il valore λ&2può essere selezionato all’interno dell’intervallo sopra indicato in dipendenza dal regime di lavoro in cui lo stub viene fatto operare, ovvero dall’ordine della risonanza che si utilizza. ;Preferibilmente, l’altezza hkdello step di ciascun risonatore è compresa tra 0 e bl 2, dove b è l’altezza della guida d’onda, definita dalla distanza tra i due piani di riferimento 37, 38 delle pareti laterali. In alcune forme particolarmente preferite, l’altezza del gradino di ciascun risonatore è compresa tra 0 e 0,15λ&1, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante Bl. In questo contesto, un risonatore avente un valore di altezza dello step pari a zero (i.e. hk'= 0) è costituito da uno stub formato su una parete laterale mentre la sezione della parete laterale opposta disposta in corrispondenza dello stub coincide al piano di riferimento di tale parete laterale opposta. ;Preferibilmente, la pluralità di risonatori comprende una rispettiva pluralità di stub e una pluralità di step , gli step essendo disposti in una corrispondenza uno a uno con gli stub , ciascuno step essendo disposto sulla parete laterale opposta a quella del rispettivo stub. ;La larghezza wke wkdello stub e dello step è definita quale apertura dello stub e step , rispettivamente, sul canale in guida d’onda. Preferibilmente, la larghezza dello step è uguale alla larghezza dello stub disposto opposto allo step , ovvero, nell’esempio di figura 13, wk=wk. Sebbene non strettamente necessario, selezionare larghezze sostanzialmente uguali di stub e step opposti l’uno all’altro può ridurre la complessità di progettazione del filtro limitando il numero di variabili di progettazione senza inficiare la flessibilità della struttura in termini di larghezza di banda operativa e di posizionamento degli zeri di riflessione in banda passante e degli zeri di trasmissione in banda rigettata. ;Nel presente contesto, per larghezze sostanzialmente uguali si intendono due valori di larghezze che si discostano tra loro per un valore non maggiore di Aw=0,01 mm, ovvero wk'=wi≠: 0,01 mm (valore sostanzialmente definito dalle tolleranze di lavorazione meccanica). ;L’apertura wkdello stub sul canale in guida d’onda determina sia l’accoppiamento elettromagnetico tra la £-esima cavità risonante e il canale in guida d’onda, ovvero la reiezione del risonatore, sia il livello di potenza che può essere gestito in trasmissione. Poiché il livello di potenza gestita in trasmissione senza che si inneschino fenomeni di scarica nel filtro per multipaction è inversamente proporzionale alla distanza tra pareti metalliche parallele affacciate, la Richiedente ha capito che è particolarmente vantaggioso che l’apertura wkdi ciascuno stub sia massimizzata. ;Preferibilmente, la lunghezza di connessione lungo la direzione principale di guida d’onda tra due cavità risonanti prossime adiacenti è inferiore o uguale a λ&1/8, dove λ6ι è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante. Più preferibilmente, la lunghezza di connessione è inferiore a o uguale a λ&ι/16. In alcune forme di realizzazione, la lunghezza di connessione è compresa tra 0 e λ&ι/24. In alcune forme di realizzazione particolarmente preferite, Lk=0. ;La distanza dktra i rispettivi assi centrali di due stub consecutivi adiacenti tra loro, ovvero di due risonatori prossimi adiacenti è un parametro che almeno in parte determina la banda passante del filtro e la presenza o assenza di zeri spuri di riflessione in banda rigettata. Pertanto, il parametro può essere selezionato in modo tale che zeri spuri di riflessione siano assenti nella banda rigettata. In generale, il valore dkdipende dalla fase dei coefficienti di riflessione dei due risonatori prossimi adiacenti e varia in dipendenza dalla larghezza della banda passante. ;Preferibilmente, dkè compreso nell’intervallo tra 0,15λ&ι e 0,35λ&1, dove λ&1è la lunghezza d’onda guidata corrispondente alla frequenza centrale della banda passante. ;L’altezza bkdi ciascuna sezione longitudinale di guida d’onda interposta tra due risonatori prossimi adiacenti, ovvero l’altezza della sezione di connessione, è preferibilmente uguale o maggiore all’altezza b della guida d’onda alle porte di accesso (i.e. porte di ingresso/uscita), allo scopo di ridurre la probabilità che si inneschino fenomeni di multipaction tra le pareti laterali opposte della guida d’onda e/o le perdite di inserzione. In alcune forme di realizzazione preferite, bk=b, per k= 1, ..., n. In altre forme di realizzazione, le altezze bkdelle sezioni di guida d’onda di connessione interposte tra risonatori prossimi adiacenti possono essere uguali o diverse tra loro. ;In funzione delle caratteristiche elettriche del filtro che si vogliono ottenere, le altezze hkdegli stub, le altezze hkdegli step , e le rispettive larghezze wke wkpossono essere uguali o diverse per ciascun risonatore k= 1,..., n. ;Le lunghezze Jkdelle sezioni di connessione di guida d’onda interposte tra risonatori prossimi adiacenti possono essere uguali o diverse tra loro. ;Le pareti laterali e il canale in guida d’onda possono essere formati mediante tecniche meccaniche note, ad esempio elettroerosione e fresatura, su una prima unità metallica che può costituire una metà di una conchiglia che unita ad una seconda unità metallica con stessa struttura di guida d’onda forma l’altra metà di un filtro di tipo a conchiglia ( clamshell ). Nella forma di realizzazione di figura 13, la sezione nel piano E dello stub e dello step di ciascun risonatore ha una forma rettangolare con spigoli arrotondati in corrispondenza ad angoli convessi. Tuttavia, la geometria degli stub e degli step dei singoli risonatori può variare in considerazione dei parametri di accoppiamento che si desiderano ottenere e di eventuali requisiti meccanici da soddisfare. La forma è in molti casi pratici determinata dal processo di fabbricazione della guida d’onda. A titolo esemplificativo, gli stub possono avere una forma ripiegata a T o ad L per minimizzare l’ingombro lungo la direzione del campo E presentando, comunque, un’apertura wka massimo accoppiamento con il canale della guida d’onda. ;Ad esempio, una sezione trasversale approssimativamente rettangolare di stub e step , ovvero i cui raggi di curvatura r degli spigoli sono piccoli (inferiori a 0,1 -0,2 mm), può essere ottenuta realizzando la struttura metallica della guida d’onda mediante elettroerosione. In alcune applicazioni, tale tecnica di fabbricazione può però comportare una maggiore complessità meccanica con aggravio di costi e tempi di esecuzione. ;Sempre a titolo di esempio, sezioni trasversali con spigoli arrotondati in corrispondenza di angoli convessi nella geometria dei risonatori sono tipicamente ottenute con sufficiente affidabilità e qualità media della realizzazione meccanica mediante fresatura, purché si garantisca un raggio di curvatura maggiore o uguale ad un quarto della profondità di scavo in modo da garantite la stabilità dell’utensile. La figura 14 è un grafico che riporta i coefficienti di trasmissione S2i (linea continua) e di riflessione Su (linea tratteggiata) risultanti da una simulazione numerica, in funzione della frequenza per un filtro con struttura di figura 13 e comprendente 5 risonatori. Il filtro è stato progettato per una banda passante B1 nell’intervallo di frequenze da 9 a 12 GHz ed una banda rigettata B2 da 13 a 16 GHz. ;La guida d’onda considerata nella simulazione di figura 14 aveva dimensioni a x b di 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle di una guida d’onda WR75. La altezze bke le lunghezze Jkdelle sezioni di connessione erano costanti per k= 1, 2, 3, 4, 5 e pari a 9,525 mm ed 1,00 mm, rispettivamente. Le altezze hke le aperture wkdegli stub di ciascun risonatore variano, rispettivamente, nell’intervallo tra 4,0 mm e 4,6 mm, e nell’intervallo tra 4,0 mm e 6,4 mm. Le altezze degli step hksono comprese tra 1,0 e 1,5 mm. A causa della limitata interazione elettromagnetica tra i risonatori attraverso i modi di ordine superiore, il filtro presenta un coefficiente di trasmissione S21in cui sono presenti i cinque zeri che sarebbero prevedibili sulla base di un modello ideale in cui l’interazione tra i risonatori avviene mediante il solo modo fondamentale della guida d’onda. Conseguentemente, il filtro presenta una forte reiezione in banda rigettata B2 superiore a 40 dB. Inoltre, il filtro esibisce un coefficiente di riflessione Su con un comportamento equìrìpple inferiore a -28 dB con quattro zeri di riflessione. Senza voler esser vincolati da nessuna particolare spiegazione, si suppone che gli zeri di riflessione originino dalla presenza delle quattro sezioni di connessione, collocate in banda passante Bl. ;La figura 15 mostra la sezione trasversale nel piano E di una struttura di filtro rigetta banda 50 in guida d’onda secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, comprendente una pluralità di n risonanti 1..., k- 1, k , k+ 1,..., n, in cui ciascun risonatore è costituito da uno stub ed uno step , gli stub essendo disposti in sequenza alternata sulle pareti laterali opposte 55, 56 che delimitano il canale in guida d’onda lungo la direzione di propagazione 5 dei segnali elettromagnetici ed in cui la lunghezza di connessione tra risonatori adiacenti è nulla, Lk= 0. In questa condizione, risonatori adiacenti sono tra loro contigui, ovvero lungo la superficie della prima parete laterale 55 che si affaccia sul canale lo stub 53 del generico risonatore k ha in comune lo spigolo 57 con lo step 54' del risonatore k+ 1 e, contestualmente, lungo la superficie opposta della seconda parete laterale che si affaccia sul canale 56 lo step 53' del generico risonatore k ha in comune lo spigolo 57' con lo stub 54 del risonatore k+ 1. ;L’assenza di tratti di connessione tra risonatori prossimi adiacenti, ovvero la contiguità della serie di risonatori disposti nella guida d’onda, consente la massimizzazione dell’accoppiamento di campo elettrico tra i risonatori e la guida d’onda, in quanto l’apertura degli stub sul canale in guida d’onda può essere massimizzata con conseguente aumento della capacità del filtro di gestire potenze elevate senza problemi di multipaction anche in applicazioni a larga banda. ;In molte forme di realizzazione, non è necessario ridurre l’altezza b della guida d’onda per eliminare la presenza di modi di propagazione dei segnali di ordine superiore. ;Nell’esempio in figura 15 la struttura di guida d’onda comprende cinque risonatori, dove ciascun risonatore è composto da uno stub ed uno step , preferibilmente con medesima larghezza (<'>wk=wk^ e con assi centrali disposti nella stessa posizione longitudinale in modo da minimizzare la complessità progettuale senza introdurre un degrado delle prestazioni. Le altezze hkdegli stub , le altezze hkdegli step e le rispettive larghezze wkpossono essere uguali o diverse per ciascun risonatore sulla base delle specifiche elettriche e meccaniche imposte su una particolare implementazione di questa soluzione architetturale. ;Si osserva che una struttura di filtro in guida d’onda del tipo di figure 13 e 15 presenta una bassa sensibilità ad errori di fabbricazione poiché la disposizione in sequenza alternata dei risonatori consente sia di massimizzare la distanza tra superfici metalliche affacciate e parallele, aumentando quindi l’accuratezza realizzativa per fresatura, sia di inserire mezzi meccanici di chiusura (e.g. viti e spine di allineamento) al fine di garantire un buon serraggio delle parti meccaniche mediante comuni tecniche di assemblaggio. ;I coefficienti di trasmissione (linea continua) e di riflessione (linea tratteggiata) in funzione della frequenza di un filtro con la struttura di figura 15 risultanti da una simulazione numerica sono riportati in figura 16. La guida d’onda considerata nella simulazione aveva dimensioni a x b di 19,05 mm x 9,525 mm, corrispondenti a quelle di una guida d’onda WR75. Le altezze hke le aperture wkdegli stub variano, rispettivamente, tra 3,8 mm e 4,2 mm, e tra 4,2 mm e 7,2 mm. Le altezze degli step sono comprese tra 1,0 e 1,5 mm. Si osserva che le prestazioni del filtro esemplificativo con Lk= 0 sono calcolate essere analoghe a quelle del filtro di figura 13 relative all’architettura di filtro con lunghezze di connessione pari ad 1 mm, in termini di adattamento in banda passante B1 e di reiezione in banda rigettata B2 riportate in figura 14. Nel caso di figura 15, l’assenza di tratti di connessione che separano risonatori adiacenti consente di massimizzare l’accoppiamento tra i risonatori e la guida d’onda, ovvero di massimizzare il livello di potenza gestibile in trasmissione. ;La struttura filtrante di guida d’onda sopra descritta può essere adottata per realizzare un dispositivo multiplexer che implementa la multiplazione in frequenza dei canali, quali ad esempio diplexer (due canali) e triplexer (tre canali), operante ad esempio in una banda di frequenza corrispondente alla banda operativa C (da 4 GHz a 8 GHz), alla banda Q (da 30 GHz a 50 GHz) oppure alla banda V (da 50 GHz a 75 GHz). Secondo alcune forme di realizzazione preferite, il dispositivo opera nella regione spettrale compresa tra 10 e 18 GHz, corrispondente alla banda di frequenza Ku per le telecomunicazioni satellitari. ;Preferibilmente, il multiplexer opera in una banda spettrale compresa tra 4 e 60 GHz che include le bande di frequenza satellitari C, X, Ku, K, Ka, Q e V. Tuttavia, si deve intendere che la presente invenzione non è limitata ad un specifico intervallo di frequenze di operazione. ;Un filtro secondo gli insegnamenti generali della presente invenzione può essere utilizzato come elemento di base in un dispositivo diplexer. ;Il diplexer può essere progettato per dividere una banda di frequenze in sotto-bande oppure per combinare due sotto-bande di frequenze in una banda di frequenze. ;La figura 17 è una rappresentazione schematica di una sezione trasversale nel piano E di una struttura di guida d’onda rettangolare di un diplexer per separare una banda di frequenze in due sotto-bande, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. In figura è rappresentata la sezione trasversale di un canale in guida d’onda, mentre le pareti laterali della guida d’onda non sono mostrate. Un diplexer 60 comprende una sezione di accesso 61 connessa ad una sezione di filtro di trasmissione 63 e ad una sezione di filtro di ricezione 64, le sezioni di accesso e di filtro essendo indicate in figura con un rettangolo con linea tratto-punto. Le sezioni di filtro 63 e 64 del diplexer comprendono ciascuna una struttura di guida d’onda avente architettura analoga a quella della struttura di guida d’onda 50 di figura 15, ovvero comprendente una pluralità di risonatori compositi stub-step i cui stub e step sono disposti in sequenza alternata lungo pareti laterali opposte del rispettivo canale in guida d’onda con risonatori prossimi adiacenti che sono tra loro contigui (Z*= 0). La sezione di accesso 61 è provvista di una porta di accesso 62, in comune per i segnali nelle due sotto-bande in trasmissione (Tx) e in ricezione (Rx), dalla quale entrano i segnali elettromagnetici nella banda Rx che si dirigono nel canale in guida d’onda 66 che agisce da canale di ricezione ed a cui arrivano i segnali elettromagnetici nella banda Tx dal canale in guida d’onda 65 che agisce da canale di trasmissione. La sezione di accesso 61 comune comprende un canale in guida d’onda di ingresso 67 in cui sono inseriti elementi di adattamento, quali step , in una sua parete laterale 68 ed una biforcazione 69 che connette il canale in guida d’onda di ingresso ai canali di trasmissione e di ricezione 65, 66. I canali in guida d’onda di trasmissione e di ricezione sono fisicamente separati tra loro e hanno ciascuno una porta di uscita 70, 71 rispettivamente per il canale Tx e Rx. Figure 8 is a graph showing the transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency resulting from a numerical simulation of a filter having the structure of figure 7 and connection length Lk = 3.0 mm. The dimensions of the waveguide considered in the simulation complies with the technical specifications WR75 and the two symmetrical resonators 2 la, 22a and 21b, 22b have the same dimensions wk = wk +; = 4.0 mm, hk = hk +] = 5.4 mm, bk = b, and r = 0.5. Since the two resonant cavities have the same size, each defines a transmission zero at the same frequency and equal to 14.5 GHz. The transmission coefficient, S2i, of the filter is attenuated in the rejected band presenting a minimum in the middle band B2 of approximately -35 dB (equivalent to two transmission zeros in the complex plane close to the real frequency axis). Despite the presence of a zero reflection at the frequency of 11 GHz, the filter exhibits a significant reflection coefficient, Su, in the passband with a maximum value of -4 dB at the upper cut-off frequency of the passband, i.e. 12 GHz. Without wishing to be bound by a particular theory or explanation, this behavior is caused by a greater mismatch at the input ports of each resonator having the symmetrical structure shown in figure 7 compared to the single stub structure shown in figures la. Consequently, filters with a wide bandwidth can be implemented with this architectural solution by resorting to a greater number of resonators. Alternatively, the reflection coefficient of the filter in Figure 7 can be decreased near the upper cut-off frequency of the passband by moving the zero of the reflection coefficient on the real frequency axis, or by reducing the connection length Z *. ; The Applicant has, however, observed that the manufacture of metal waveguides with symmetrical resonant cavities and connection lengths of less than about 4-6 mm can become problematic from a mechanical point of view. For example, in a mechanical construction formed by two clamshett metal units, a screw cannot be inserted and / or tightened well between one cavity and the next so that a good closure is not guaranteed between the metal parts that form the waveguide resulting in increased signal losses along the guide. The Applicant has understood that a waveguide filter structure which provides a plurality of resonant cavities arranged alternately on the first side wall and on the second side wall along the direction of propagation of the signals allows to considerably reduce the influence of the modes of higher order TEn and TMn on the rejection of the filter in the rejected band without an appreciable deterioration of the other figures of merit of the filter. ; Figure 9 is a section view in plane E of a band reject filter that includes two stub resonator arranged in alternating sequence on two opposite metal walls and connected via a rectangular waveguide section. The waveguide filter structure 23 provides two stub resonators 24 and 25 arranged alternately on the first side wall 27 and on the second side wall 28 along the direction of propagation 5 of the signals. The side walls delimit the waveguide channel 2. The two resonators 24 and 25 formed on the two opposite side walls 27 and 28 are connected by means of a rectangular waveguide section of height bk and length Lk, or by means of a section of connection. ; Figure 10 shows the transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency simulated for a filter structure of Figure 9 with two stubs arranged alternately on the opposite walls of a rectangular waveguide. The geometric parameters assume the same values as those of the example of figure 4 for a filter having the structure of figure 3, i.e. a x b equal to 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those of a WR75 waveguide, wk = wk +; = 4.0 mm, hk = hk +] = 4J mm, Lk = 3.0 mm, bk = b and r = 0.5 mm. The transmission coefficient, S2i, has two zeros on the real axis of the frequencies in the rejected band, respectively at about 13.75 GHz and 15.75 GHz. Without wishing to be bound by any theory or explanation, the shift of the transmission zeros from the nominal position of 14.5 GHz is due to the reduced residual multi-modal interaction between the two resonators. At the same time, the filter exhibits a reflection coefficient lower than -16 dB in the entire passband with a zero at the frequency of 11.7 GHz.; The Applicant has understood that the connection lengths Lktra successive resonators obtained on opposite walls are not critical. from a mechanical point of view. It is therefore possible to size the connection length in order to maximize the electrical performance of the broadband filters, in particular but not exclusively, in order to minimize the reflection coefficient of the passband filter. ; It has been observed that, even for structures in which the connection lengths are less than about 4 mm, there are no mechanical elements of critical dimensions that can compromise the construction and mechanical assembly in a mechanical construction of the clamshell type. In particular, it has been found that a waveguide filter comprising a plurality of resonant cavities arranged alternately on the opposite side walls along the waveguide channel with a connection length between successive resonators that is very small or substantially zero allows to obtain the maximum electrical coupling between adjacent resonators along the direction of propagation of the signals as the width wk of each resonator can be maximized. This aspect allows to have resonators with a wider opening width on the waveguide channel and, therefore, to manage a higher level of transmission power without triggering discharge phenomena due to multipaction. Advantageously, the substantial absence of the connection sections reduces the dimensions and weight of the generally metallic structure of the filter. According to a main aspect consistent with the present disclosure, the longitudinal section of the waveguide has a connection length along the main direction of propagation of the signals less than or equal to λ & 1/8, where λ & 1 is the guided wavelength corresponding to the frequency center of the passband. Preferably, the connection length is equal to or less than λ & ι / 16. The Applicant has understood that, in some preferred embodiments, the insertion of a step which protrudes inside the waveguide channel and which faces a resonant cavity (stub) arranged in the opposite side wall increases the filter design flexibility The Applicant has realized that the alternating arrangement of the resonant cavities on the lateral walls of the waveguide is applicable to filters with resonators having a composite stub-step structure, thus obtaining mechanical manufacturing flexibility and a reduction in the multimodal interaction between adjacent resonators, even for small or very small connection lengths. In particular, it has been found that the connection length can be reduced to zero without introducing a significant deterioration of the overall structure rejection. ; Figures 11a-llc show the perspective view, the front view and the sectional view in plane E of an exemplary band reject filter 11 in a rectangular waveguide whose waveguide structure comprises a single resonator consisting of a stub and by one step. A step 12 is formed in the same longitudinal waveguide section which includes a stub 29 formed in the opposite side 3 with respect to the side wall 4 in which the step is formed. Step 12 includes a first vertical wall 13 and a second vertical wall 14 which delimit it laterally and define its extension within the waveguide channel along the direction of propagation of the electromagnetic signals. The vertical walls 13, 14 of the step have a height hk 'with respect to the reference plane of the side wall 4. Preferably, the positions of the walls 13 and 14 of the step along the propagation axis 5 are respectively aligned with those 15 and 16 of the stub for reasons of mechanical simplicity and design. In these preferred embodiments, therefore, the width wk of step 12 coincides with that wk of stub 29.; The insertion of step 12 increases the design flexibility of the resonator, since a variation of its height hk involves a variation of the reflection coefficient of the resonator in pass band B1 without substantially modifying the insulation characteristics of the rejected band resonator. In particular, the Applicant has observed that it is possible to configure a composite stubstep resonator so as to produce a transmission zero in rejected band B2 and a reflection zero in passband B 1.; Figure 12 is a graph showing the coefficients of transmission (solid line) and reflection (dashed line) resulting from a computer simulation as a function of the frequency of a filter having the structure of the filter 11 of Figures 11a. The waveguide considered in the simulation had dimensions a x b of 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those of a WR75 waveguide, wk '= wk = 4.0 mm, hk = 4.45 mm, hk = 2.0 mm and r = 0.5 mm. The transmission coefficient Sj \ has a zero in the rejected band B2 at a frequency of 14.5 GHz and a reflection coefficient Sucon a zero in the bandwidth B1 at a frequency of 9.5 GHz. step of figure lla-llc allows to increase the width wk of the stub, thus improving the performance of the filter in terms of transmission power management and rejection in the rejected band, while ensuring relatively low values of reflection coefficient in the passband Bl, i.e. Up below about -15 dB in the Bl band (figure 12). Figure 13 schematically shows the cross section in plane E of a structure of a rectangular waveguide 40 for a band reject filter according to an embodiment of the present invention. The waveguide structure comprises a rectangular waveguide channel 2 (i.e. with a rectangular section in a plane perpendicular to plane E) delimited by a first side wall 39 and by a second side wall 41, opposite the first side wall . The first and second waveguide side walls have a respective main reference plane 37 and 38 defined as the main plane on which the respective side wall lies. The electromagnetic signals enter the waveguide channel 2 along the main direction of propagation indicated in the figure with the arrow 5, generally parallel to the reference planes 37, 38 of the side walls which are preferably parallel to each other. ; Preferably, the rectangular waveguide channel has a width a greater than λπΐ3χ / 2, where λΙΤ13χ is the wavelength in free space corresponding to the minimum frequency / m in the operating frequency band of the filter. The operating band is defined as a frequency range including the pass band B1 and the rejected rejected band B2. The distance b between the opposite side walls, defined as the distance between the reference planes of the respective side walls, is preferably equal to or less than all. In some embodiments, the values of a and b conform to the rectangular waveguide standards used in satellite communications filters. ; For example, in a WR75 rectangular waveguide structure used in the 10 to 15 GHz frequency band, approximately corresponding to the Ku frequency band, ληΐ3χ = 30 mm corresponds to the frequency / min = 10 GHz and the guide channel wave has dimensions a = 19.05 mm and b = 9.525 mm. ; The waveguide structure 40 comprises a plurality of n resonant cavities 1 ..., k-1, k, k + 1, ..., n arranged in alternating sequence on opposite side walls along the principal direction of propagation and spaced from each other by longitudinal waveguide sections of length Lk. In particular, two adjacent resonant cavities adjacent to the plurality of n resonant cavities are formed on opposite side walls and are separated by a longitudinal waveguide section, or by a connection section. The connection section between two adjacent proximate resonant cavities is preferably free of discontinuity. In other words, the opposite side walls, in correspondence with the connection section, extend along the respective reference planes. In most cases of interest, this condition implies that the height bk of the connection section is equal to the height b of the waveguide at the entrance (and exit) of the waveguide channel. ; In the example in Figure 13, the waveguide structure of the filter comprises five resonant stub cavities 42, 43, 44, 30 and 31 formed alternately in the side walls 39, 41 of the waveguide. ; Preferably, in the filter, for each stub arranged in a certain longitudinal section of the waveguide, there is a step arranged on the side wall opposite to that of the respective stub and in correspondence with the same determined longitudinal section of the waveguide. The steps are then arranged in alternating sequence along opposite side walls. In the present embodiment, the filter comprises a plurality of resonators arranged in sequence along the main waveguide direction, each resonator comprising a resonant stub cavity and a step arranged on the side wall opposite to that of the respective stub, so such that the resonant cavities of each resonator are arranged opposite to corresponding steps in a one to one correspondence. In figure 13, the steps of the respective resonators are indicated with 42 ', 43', 44 ', 30' and 3Γ. Preferably, the arrangement of the stubs and steps is such that the axis in a direction perpendicular to the reference plane of the side wall in which each stub is formed and central with respect to the main dimension of the waveguide substantially coincides with the central axis of the opposite step. The respective central axes of the five filter resonators are indicated in figure 13 with the reference numbers 32, 33, 34, 35, 36.; The heights hk and hk \ respectively, of the stub k and of the step k of the resonator k (k = Ι ,.,. ή) are defined as the maximum height with respect to the reference plane of the respective side wall, e.g. along their respective central axis. Preferably, the height hk of the stub can assume values between 0.1 λ & 2 and 0.8λ & 2, where λ & 2 is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the rejected band B2. The value λ & 2 can be selected within the range indicated above depending on the working regime in which the stub is operated, or on the order of the resonance that is used. ; Preferably, the height hk of the step of each resonator is between 0 and bl 2, where b is the height of the wave guide, defined by the distance between the two reference planes 37, 38 of the side walls. In some particularly preferred forms, the height of the step of each resonator is between 0 and 0.15λ & 1, where λ & 1 is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the pass band Bl. In this context, a resonator having a step height value equal to zero (i.e. hk '= 0) consists of a stub formed on a side wall while the section of the opposite side wall arranged in correspondence with the stub coincides with the reference plane of this opposite side wall. Preferably, the plurality of resonators comprises a respective plurality of stubs and a plurality of steps, the steps being arranged in a one-to-one correspondence with the stubs, each step being arranged on the side wall opposite to that of the respective stub. ; The width wk and wk of the stub and step is defined as the opening of the stub and step, respectively, on the waveguide channel. Preferably, the width of the step is equal to the width of the stub arranged opposite to the step, that is, in the example of figure 13, wk = wk. While not strictly necessary, selecting substantially equal widths of stubs and opposite steps can reduce filter design complexity by limiting the number of design variables without affecting the flexibility of the structure in terms of operating bandwidth and positioning of the reflection zeroes in the passband and of the transmission zeroes in the rejected band. ; In the present context, substantially equal widths mean two width values that differ from each other by a value not greater than Aw = 0.01 mm, or wk '= wi ≠: 0.01 mm (value substantially defined by the tolerances of mechanical processing). ; The opening wk of the stub on the waveguide channel determines both the electromagnetic coupling between the £ -th resonant cavity and the waveguide channel, i.e. the rejection of the resonator, and the power level that can be managed in transmission. Since the level of power managed in transmission without the occurrence of discharge phenomena in the multipaction filter is inversely proportional to the distance between parallel metal walls facing each other, the Applicant has understood that it is particularly advantageous for the opening wk of each stub to be maximized. Preferably, the connection length along the main waveguide direction between two adjacent adjacent resonant cavities is less than or equal to λ & 1/8, where λ6ι is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the pass band. More preferably, the connection length is less than or equal to λ & ι / 16. In some embodiments, the connection length is between 0 and λ & ι / 24. In some particularly preferred embodiments, Lk = 0. ; The distance dkbetween the respective central axes of two consecutive stubs adjacent to each other, or of two adjacent resonators, is a parameter that at least partially determines the passband of the filter and the presence or absence of spurious zeros of reflection in the rejected band. Therefore, the parameter can be selected in such a way that spurious reflecting zeros are absent in the rejected band. In general, the value dk depends on the phase of the reflection coefficients of the two adjacent resonators and varies according to the width of the pass band. ; Preferably, dk is included in the interval between 0.15λ & ι and 0.35λ & 1, where λ & 1 is the guided wavelength corresponding to the central frequency of the pass band. ; The height bk of each longitudinal waveguide section interposed between two adjacent neighboring resonators, i.e. the height of the connection section, is preferably equal to or greater than the height b of the waveguide to the access doors (i.e. doors input / output), in order to reduce the probability of multipaction phenomena occurring between the opposite side walls of the waveguide and / or insertion losses. In some preferred embodiments, bk = b, for k = 1, ..., n. In other embodiments, the heights bk of the connection waveguide sections interposed between adjacent neighboring resonators can be the same or different from each other. ; Depending on the electrical characteristics of the filter to be obtained, the heights hk of the stubs, the heights hk of the steps, and the respective widths wk and wk can be the same or different for each resonator k = 1, ..., n. ; The lengths Jk of the waveguide connection sections interposed between adjacent neighboring resonators can be the same or different from each other. ; The side walls and the waveguide channel can be formed by means of known mechanical techniques, for example electro-erosion and milling, on a first metal unit which can constitute one half of a shell which joined to a second metal unit with the same structure of waveguide forms the other half of a clamshell type filter. In the embodiment of Figure 13, the section in the plane E of the stub and of the step of each resonator has a rectangular shape with rounded edges corresponding to convex corners. However, the geometry of the stubs and the steps of the individual resonators can vary in consideration of the coupling parameters to be obtained and any mechanical requirements to be met. The shape is in many practical cases determined by the manufacturing process of the waveguide. By way of example, the stubs can have a T-shaped or L-folded shape to minimize the encumbrance along the direction of the E field, however, presenting an opening wka maximum coupling with the waveguide channel. ; For example, an approximately rectangular cross section of stubs and steps, i.e. whose radii of curvature r of the edges are small (less than 0.1 -0.2 mm), can be obtained by making the metal structure of the waveguide by electroerosion. In some applications, however, this manufacturing technique may involve greater mechanical complexity with an increase in costs and execution times. ; Again by way of example, cross sections with rounded edges at convex angles in the geometry of the resonators are typically obtained with sufficient reliability and average quality of the mechanical construction by milling, provided that a radius of curvature greater than or equal to a quarter of the digging depth in order to guarantee the stability of the tool. Figure 14 is a graph showing the transmission coefficients S2i (solid line) and reflection Su (dashed line) resulting from a numerical simulation, as a function of the frequency for a filter with the structure of Figure 13 and comprising 5 resonators. The filter was designed for a passband B1 in the frequency range from 9 to 12 GHz and a rejected band B2 from 13 to 16 GHz.; The wave guide considered in the simulation of figure 14 had dimensions a x b of 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those of a WR75 waveguide. The heights bk and the lengths Jk of the connection sections were constant for k = 1, 2, 3, 4, 5 and equal to 9.525 mm and 1.00 mm, respectively. The heights hk and the openings wk of the stubs of each resonator vary, respectively, in the range between 4.0 mm and 4.6 mm, and in the range between 4.0 mm and 6.4 mm. The heights of the steps hk are between 1.0 and 1.5 mm. Due to the limited electromagnetic interaction between the resonators through the higher order modes, the filter has a transmission coefficient S21 in which the five zeros are present which would be predictable on the basis of an ideal model in which the interaction between the resonators occurs by means of the only fundamental mode of the waveguide. Consequently, the filter has a strong rejection in rejected band B2 higher than 40 dB. Furthermore, the filter exhibits a reflection coefficient Su with an equìpple behavior lower than -28 dB with four reflection zeros. Without wishing to be bound by any particular explanation, it is assumed that the reflection zeros originate from the presence of the four connection sections, located in the passband Bl. Figure 15 shows the cross section in plane E of a waveguide band reject filter structure 50 according to an embodiment of the present invention, comprising a plurality of n resonants 1 ..., k- 1, k, k + 1, ..., n, in which each resonator consists of a stub and a step, the stubs being arranged in alternating sequence on the opposite side walls 55, 56 which delimit the waveguide channel along the propagation direction 5 of the electromagnetic signals and in which the connection length between adjacent resonators is zero, Lk = 0. In this condition, adjacent resonators are contiguous to each other, i.e. along the surface of the first side wall 55 that faces the channel the stub 53 of the generic resonator k has the edge 57 in common with the step 54 'of the resonator k + 1 and, at the same time, along the opposite surface of the second side wall that faces channel 56, the step 53' of the generic resonator k has in common the s peep 57 'with the stub 54 of the k + 1 resonator. resonators and the waveguide, as the opening of the stubs on the waveguide channel can be maximized with a consequent increase in the filter's ability to handle high powers without multipaction problems even in broadband applications. ; In many embodiments, it is not necessary to reduce the height b of the waveguide to eliminate the presence of higher order signal propagation modes. ; In the example in figure 15 the waveguide structure comprises five resonators, where each resonator is composed of a stub and a step, preferably with the same width (<'> wk = wk ^ and with central axes arranged in the same position longitudinal in order to minimize the design complexity without introducing a degradation of the performances. The heights hk of the stubs, the heights hk of the steps and the respective widths wk can be the same or different for each resonator on the basis of the electrical and mechanical specifications imposed on a particular implementation of this architectural solution.; It is observed that a waveguide filter structure of the type of figures 13 and 15 has a low sensitivity to manufacturing errors since the alternating sequence arrangement of the resonators allows both to maximize the distance between facing metal surfaces and parallel, thus increasing the manufacturing accuracy for milling, is to insert mechanical means closing anices (e.g. screws and alignment pins) in order to ensure a good tightening of the mechanical parts by means of common assembly techniques. ; The transmission (solid line) and reflection (dashed line) coefficients as a function of the frequency of a filter with the structure of figure 15 resulting from a numerical simulation are shown in figure 16. The wave guide considered in the simulation had dimensions a x b of 19.05 mm x 9.525 mm, corresponding to those of a WR75 waveguide. The heights hk and the openings wk of the stubs vary, respectively, between 3.8 mm and 4.2 mm, and between 4.2 mm and 7.2 mm. The heights of the steps are between 1.0 and 1.5 mm. It is observed that the performances of the exemplary filter with Lk = 0 are calculated to be similar to those of the filter of figure 13 relating to the filter architecture with connection lengths equal to 1 mm, in terms of adaptation in passband B1 and rejection in rejected band B2 shown in figure 14. In the case of figure 15, the absence of connection sections that separate adjacent resonators allows to maximize the coupling between the resonators and the wave guide, or to maximize the level of power that can be managed in transmission. ; The waveguide filter structure described above can be adopted to realize a multiplexer device which implements the frequency multiplexing of the channels, such as for example diplexer (two channels) and triplexer (three channels), operating for example in a band of frequency corresponding to the operating band C (4 GHz to 8 GHz), the Q band (30 GHz to 50 GHz) or the V band (50 GHz to 75 GHz). According to some preferred embodiments, the device operates in the spectral region between 10 and 18 GHz, corresponding to the Ku frequency band for satellite telecommunications. Preferably, the multiplexer operates in a spectral band between 4 and 60 GHz which includes the satellite frequency bands C, X, Ku, K, Ka, Q and V. However, it is to be understood that the present invention is not limited to a specific range of operating frequencies. A filter according to the general teachings of the present invention can be used as a base element in a diplexer device. ; The diplexer can be designed to divide a band of frequencies into sub-bands or to combine two sub-bands of frequencies into a band of frequencies. ; Figure 17 is a schematic representation of a cross section in plane E of a rectangular waveguide structure of a diplexer to separate a frequency band into two sub-bands, according to an embodiment of the present invention. The figure shows the cross section of a waveguide channel, while the side walls of the waveguide are not shown. A diplexer 60 comprises an access section 61 connected to a transmission filter section 63 and to a reception filter section 64, the access and filter sections being indicated in the figure with a rectangle with a dash-dot line. The filter sections 63 and 64 of the diplexer each comprise a waveguide structure having an architecture similar to that of the waveguide structure 50 of Figure 15, i.e. comprising a plurality of stub-step composite resonators whose stubs and steps they are arranged in alternating sequence along opposite side walls of the respective waveguide channel with adjacent next resonators which are contiguous to each other (Z * = 0). The access section 61 is provided with an access door 62, in common for the signals in the two sub-bands in transmission (Tx) and in reception (Rx), from which the electromagnetic signals in the Rx band enter and go into the channel in waveguide 66 which acts as a reception channel and to which the electromagnetic signals in the Tx band arrive from the waveguide channel 65 which acts as a transmission channel. The common access section 61 comprises an input waveguide channel 67 in which adaptation elements, such as steps, are inserted in one of its side walls 68 and a bifurcation 69 which connects the input waveguide channel to the transmission and reception channels 65, 66 The transmission and reception waveguide channels are physically separated from each other and each have an output port 70, 71 for the Tx and Rx channels respectively.
La figura 18 mostra una vista prospettica di un diplexer avente la struttura in guida d’onda di figura 17 e costruito con struttura a conchiglia comprendente due unità metalliche 72 e 73 che costituiscono due metà della conchiglia che possono essere unite tra loro mediante mezzi di chiusura meccanici in modo da formare una struttura in guida d’onda rettangolare. In figura 18 sono visibili le due metà della porta 62 di accesso comune per i segnali in trasmissione ed in ricezione che unite formano una porta in guida d’onda di sezione rettangolare, ed una metà (rispetto al piano di simmetria E) della guida d’onda di accesso 67 e della guida d’onda di trasmissione 65 che costituisce il canale Tx. Solo in parte visibile nella figura 18 la guida d’onda di ricezione 66 che costituisce il canale Rx. Figure 18 shows a perspective view of a diplexer having the waveguide structure of figure 17 and built with a shell structure comprising two metal units 72 and 73 which constitute two halves of the shell which can be joined together by means of closure mechanical to form a rectangular waveguide structure. Figure 18 shows the two halves of the common access gate 62 for the transmission and reception signals which, when combined, form a waveguide gate with a rectangular section, and one half (with respect to the plane of symmetry E) of the guide d access wave 67 and of the transmission waveguide 65 which constitutes the Tx channel. Only partially visible in figure 18 is the receiving waveguide 66 which constitutes the Rx channel.
Secondo tecniche note, i canali in guida d’onda sono ricavati scavando il metallo, preferibilmente una lega di alluminio, per fresatura a controllo numerico e, successivamente, le pareti metalliche interne della guida d’onda sono sottoposte ad un processo di passivazione o di argentatura allo scopo, rispettivamente, di prevenire l’ossidazione delle superfici o di migliorare la conducibilità superficiale. Il tipo di trattamento superficiale può dipendere anche dalle specifiche imposte sul livello di potenza da gestire in trasmissione senza che si inneschino scariche per effetto multipaction. According to known techniques, the waveguide channels are obtained by hollowing out the metal, preferably an aluminum alloy, by numerical control milling and, subsequently, the internal metal walls of the waveguide are subjected to a passivation or silvering for the purpose, respectively, of preventing surface oxidation or improving surface conductivity. The type of surface treatment may also depend on the specifics imposed on the power level to be managed in transmission without triggering discharges due to the multipaction effect.
Le figure 19 e 20 riportano il confronto tra le curve simulate (linea continua) e le curve misurate (linea tratteggiata), rispettivamente, del coefficiente di riflessione alla porta comune 62 (Figura 19) e del coefficiente di trasmissione tra le porte Tx e Rx 70, 71 (figura 20) di una realizzazione del diplexer di figura 18 in guida WR75 operante nelle bande Tx = (10,7 GHz, 12,8 GHz) e Rx = (13,7 GHz, 14,5 GHz). Si osserva un notevole accordo tra le curve misurate e simulate per quanto concerne sia i livelli sia la posizione degli zeri delle curve, con un coefficiente di riflessione misurato inferiore a -30 dB ed un isolamento misurato tra le due porte Tx e Rx superiore 60 dB su entrambe le bande Tx e Rx. Figures 19 and 20 show the comparison between the simulated curves (solid line) and the measured curves (dashed line), respectively, of the reflection coefficient at the common port 62 (Figure 19) and of the transmission coefficient between the Tx and Rx ports 70, 71 (figure 20) of an embodiment of the diplexer of figure 18 in the WR75 guide operating in the bands Tx = (10.7 GHz, 12.8 GHz) and Rx = (13.7 GHz, 14.5 GHz). There is a remarkable agreement between the measured and simulated curves as regards both the levels and the position of the zeroes of the curves, with a measured reflection coefficient lower than -30 dB and an insulation measured between the two Tx and Rx ports higher than 60 dB on both the Tx and Rx bands.
II livello massimo di potenza gestibile in regime di singola portante senza che si inneschino fenomeni di scarica per multipaction è pari a 14,5 kW, equivalente ad una condizione di 14 portanti da 260 W ognuna (valutazione effettuata secondo la raccomandazione ESA “20-gap-crossing ” con un margine di confidenza di 6 dB). Infine, le perdite di inserzione e la derivata del ritardo di gruppo del diplexer sono inferiori, rispettivamente, a 0,1 dB ed a 0,1 ns/50 MHz su entrambe le bande (Tx e Rx). The maximum power level that can be managed in a single carrier system without any multipaction discharge phenomena being triggered is 14.5 kW, equivalent to a condition of 14 carriers of 260 W each (evaluation carried out according to the ESA recommendation "20-gap -crossing ”with a confidence margin of 6 dB). Finally, the insertion losses and the derivative of the group delay of the diplexer are lower, respectively, than 0.1 dB and 0.1 ns / 50 MHz on both bands (Tx and Rx).
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IT000710A ITMI20130710A1 (en) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | ELECTRONIC FILTER IN WAVE GUIDE WITH CAVITY 'RISONANTI A HIGH COUPLING. |
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WO2021010877A1 (en) * | 2019-07-12 | 2021-01-21 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Waveguide filters |
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