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Diseño de Filtros de
Microondas por
Síntesis y Optimización

A

ctualmente están disponibles varias técnicas
y metodologías para el diseño de filtros de
microondas. Se pueden encontrar en la
literatura artículos que revisan el estado del
arte en este campo [1], [2], los cuales
habilitan a los diseñadores para
seleccionar el método más
conveniente
para
diversas
aplicaciones y topologías defiltros.
Todos estos métodos de diseño
generalmente consisten de dos pasos secuenciales: primero
se resuelve un problema de síntesis usando técnicas
típicamente provenientes de la síntesis de redes con
parámetros concentrados, y luego se establece un
equivalente adecuado entre el circuito sintetizado y la

estructura real distribuida que se va a construir, permitiendo
dimensionar físicamente laestructura. Anteriormente, el
segundo paso por lo general se realizaba mediante un
modelado circuital simple (aproximado) de la estructura
física del filtro. En la actualidad, la tendencia es hacia
aprovechar las técnicas de
optimización y sacar ventaja de los
simuladores
electromagnéticos
(EM)
de
onda
completa
disponibles, los cuales pueden
analizar la estructura física completa de muchos filtros.
Laoptimización es una herramienta muy poderosa, pero
debe ser aplicada juiciosamente. De hecho, sin un buen
punto inicial (i.e., las dimensiones inicialmente asignadas a
la estructura física a ser optimizada), hasta el más elegante

Dan Swanson y
Giuseppe Macchiarella

Dan Swanson (swanson@tycoelectronics.com), Tyco Electronics, Lowell, MA, E.U.A.
y Guiseppe Macchiarella, Politécnico de Milán, Milán,Italia
Traductor: José E. Rayas Sánchez (erayas@iteso.mx), ITESO, México.

Abril 2007

IEEE microwave

magazine

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La optimización es una
herramienta muy poderosa, pero
debe ser aplicada con juicio
procedimiento de optimización puede ser incapaz de
encontrar una solución aceptable. Más aún, colocar un
simulador electromagnético de propósito general dentro de
un ciclo típico de optimización desimulación circuital es,
por lo general, un error. Para cualquier número razonable de
variables, el tiempo de simulación electromagnética es por lo
general prohibitivo. El propósito de este trabajo es mostrar
algunas formas de mezclar el dimensionamiento aproximado
de filtros (basado en síntesis de redes) y la optimización
(basada en modelado EM), para un diseño rápido y exacto.
Primero revisamos lasíntesis de filtros pasa-banda de
anchos de banda estrechos o moderadamente estrechos, y
presentamos algunos ejemplos de dimensionamiento
aproximado. En seguida introducimos la optimización de
filtros eléctricos con rizo uniforme, y presentamos un
método muy eficiente para la optimización de filtros
prototipo basados en simulación electromagnética.
Diseño de Filtros de Microondas por SíntesisSíntesis Aproximada de Filtros Pasa-Banda con
Anchos de Banda Estrechos o Moderados
La aplicación directa de técnicas exactas para la síntesis de
redes es posible sólo en unos cuantos casos, debido a que
existen restricciones impuestas por la estructura física que
constituye al filtro. Para hacer más viable el paso de la
síntesis, se han desarrollado algunas técnicas aproximadas
para filtros de bandaestrecha; la más ampliamente utilizada
está basada en el trabajo de Cohn [3], posteriormente
revisada y extendida por Matthaei et al. [4], en donde se
introduce el uso del elemento inversor junto con la
equivalencia de banda estrecha entre resonadores
concentrados y distribuidos, basada en el parámetro de la
pendiente de la reactancia (o de la susceptancia). El uso de
estas técnicas aproximadas desíntesis proporciona
resultados muy satisfactorios para filtros con anchos de
banda estrechos o moderados (en algunos casos hasta de un
20% de ancho de banda normalizado), y por lo tanto son
adecuadas para muchas aplicaciones prácticas de filtros de
microondas pasa-banda.
Usando la teoría actual de circuitos, la síntesis de filtros
pasa-banda generalmente se lleva a cabo en el dominio de la...