Linee di Trasmissione Artificiali

Le ATLs (Artificial Transmission Lines), grazie alla loro facile implementazione ed ai vantaggi in termini di prestazioni che scaturiscono dal loro utilizzo, rappresentano uno degli approcci di design più interessanti  presenti in letteratura per la miniaturizzazione di circuiti a microonde.

Una ATL consiste in una linea di trasmissione caricata periodicamente in modo tale che essa si comporti come una linea effettivamente omogenea ad una certa frequenza. In questo modo è possibile ottenere un dato sfasamento con una lunghezza fisica minore rispetto alle convenzionali linee di trasmissione. Tale proprietà permette una riduzione delle dimensioni dei componenti compresa tra il 54% ed il 68%.

Nella Fig. 1 è riportato, a titolo di esempio, un filtro implementato mediante ATL [1]. In questo caso si è ottenuta una riduzione delle dimensioni del 55%.  Trattandosi di un filtro passa-banda riconfigurabile per una descrizione più dettagliata si rimanda alla sezione “Dispositivi MEMS”.

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Facendo uso delle ATL si possono anche sintetizzare i Metamateriali, materiali realizzati artificialmente aventi proprietà elettriche e magnetiche non riscontrabili nei materiali disponibili in natura. I lavori presenti in letteratura dimostrano che combinando ATL RH ed ATL CRLH è possibile ottenere un miglioramento delle prestazioni dei comuni componenti a microonde (filtri dual band, branch coupler, rat race coupler ecc.). In particolare è stato dimostrato che grazie ai gradi di libertà introdotti dalla tecnologia ATL è possibile ottenere miglioramenti in termini di riduzione delle dimensioni, aumento della banda e comportamento dual band.


Nel nostro Laboratorio di Campi Elettromagnetici sono stati progettati diversi dispositivi basati sull’approccio combinato ATL RH e ATL CRLH. In particolare in Fig. 2 viene mostrato un Rat-Race-Coupler in cui i rami di lunghezza elettrica 90° sono stati implementati mediante ATL RH e il ramo di 270° mediante ATL CRLH sintetizzata mediante componenti a costanti concentrate (Sourface Mounted Devices) [2]. Tale Rat-Race consente di ottenere consistenti vantaggi in termini di riduzione delle dimensioni ed allargamento della banda di lavoro (vedi Fig. 3). Ulteriori vantaggi in termini di riduzione delle dimensioni e performance possono essere ottenuti adottando un approccio totalmente distribuito per la realizzazione della linea CRLH (vedi Fig. 4) [3].

Un altro esempio di dispositivi in tecnologia ATL è riportato in Fig. 5 che illustra il layout e le prestazioni di una giunzione a T con comportamento dual-band [4].

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Bibliografia

1.    L. Corchia, G. Monti, L. Tarricone, “MEMS-Reconfigurable Bandpass Filter”, Microwave and Optical Technology Letters, vol. 50, no. 8, pp.: 2096-2099, August 2008.

2.    G. Monti, L. Tarricone, “Reduced-size broadband ATL-CRLH Rat-Race coupler”, in 2006 European Microwave Week (EuMC), Manchester (UK), September 10-15.

3.    G. Monti, L. Tarricone, “Compact Broadband Monolithic 3-dB Coupler by using Artificial Transmission Lines”, Microwave and Optical Technology Letters (published by Wiley), Vol. 50, No. 10, pp.: 2662-2667, October 2008.

4.    R. De Paolis, G. Monti, L. Tarricone, “Una Giunzione a T Dual-Band in Tecnologia Composite Right/Left-Handed”, XVII Riunione Nazionale di Elettromagnetismo, Lecce (Italy), September 15-19, 2008.