Diseño de un triplexor microstrip de baja pérdida con paso bajo y paso de banda para canales estrechamente espaciados en sistemas modernos de comunicación RF

Por qué importa dividir las señales de radio

Cada vez que tu teléfono, un sensor inteligente o un cargador inalámbrico se comunica por el aire, una mezcla de señales de radio distintas debe compartir el mismo componente diminuto. Los ingenieros necesitan formas de clasificar con precisión estas señales por frecuencia para que un dispositivo pueda escuchar, transmitir e incluso recolectar energía dispersa a la vez sin que los canales se interfieran. Este artículo presenta un circuito de radiofrecuencia (RF) muy compacto, denominado triplexor paso bajo–paso de banda, que puede hacer precisamente eso para tres bandas de frecuencia próximas entre sí que se usan en los sistemas modernos de comunicación y captación de energía.

Una autopista de tres carriles para señales inalámbricas

Los autores diseñan un triplexor microstrip, un circuito plano grabado en una placa delgada, que divide las señales que llegan desde un puerto común en tres carriles de frecuencia. Un carril es una ruta paso bajo que deja pasar todas las señales hasta aproximadamente 1,02 GHz, mientras que los otros dos son rutas paso de banda centradas en 1,6 GHz y 2,35 GHz. Estas bandas se sitúan en el espectro medio popular utilizado por redes 5G y sistemas de potencia inalámbrica. Lo notable del trabajo es que los tres canales están inusualmente cerca en frecuencia, y sin embargo el circuito mantiene la fuga y la pérdida de señal extremadamente bajas, todo dentro de una huella de sólo alrededor de 0,02 de una longitud de onda guiada al cuadrado—muy pequeña según los estándares RF.

Bloques constructivos detrás del diminuto circuito

Para lograr esto, los investigadores parten de un bloque constructivo simple pero cuidadosamente elegido: un filtro paso bajo formado por una línea de transmisión estrecha cargada periódicamente con pequeñas “celdas” metálicas tipo parche. Describen esta estructura con un circuito equivalente compuesto por inductores y condensadores, lo que les permite escribir ecuaciones para la frecuencia de corte del filtro. Al aumentar las capacitancias de las celdas, pueden reducir las longitudes de línea inductiva necesarias, miniaturizando efectivamente el diseño mientras mantienen la frecuencia de corte cercana a 1,02 GHz. Dado que el análisis también suprime armónicos no deseados—bandas de paso espurias a frecuencias más altas—la sección paso bajo proporciona una base limpia para los canales adicionales.

Añadiendo ramas laterales sintonizadas para bandas extra

Los segundo y tercer canales se crean acoplando ramas laterales resonantes, o resonadores paso de banda, a la línea paso bajo. Cada resonador se comporta como un circuito sintonizado que deja pasar fuertemente sólo una estrecha franja de frecuencias—alrededor de 1,6 GHz para el primero y 2,35 GHz para el segundo—mientras que aparece “invisible” para otras frecuencias. Los autores de nuevo derivan un modelo de circuito simplificado, mostrando que aumentar la capacitancia del resonador les permite acortar las secciones de línea inductiva sin desplazar la frecuencia objetivo, lo que ayuda a mantener todo el dispositivo pequeño. Dos de estas secciones equipadas con resonadores se realizan primero como circuitos biplexores separados y luego se combinan para formar el triplexor final de tres canales sin usar vías a tierra adicionales, que podrían introducir efectos parásitos indeseados.

Perfeccionando el rendimiento mediante simulación y medida

Utilizando un software comercial de simulación electromagnética, el equipo optimiza un puñado de longitudes de línea clave para equilibrar tres objetivos en competencia: baja pérdida, fuerte separación entre canales y tamaño compacto. Cambios pequeños en estas dimensiones pueden desplazar o debilitar las bandas de paso, y los autores trazan cómo cada parámetro afecta la respuesta. Luego fabrican el circuito en un sustrato de baja pérdida y miden su comportamiento con un analizador vectorial de redes de precisión. Las pérdidas por inserción medidas—cuánta señal se absorbe o refleja en lugar de transmitirse—son sólo 0,4 dB, 0,19 dB y 0,11 dB en los tres canales, con las reflexiones en cada puerto mantenidas por debajo de −18 dB, lo que significa que casi toda la potencia entrante se entrega donde debe. La fuga de señal perjudicial entre cualquier par de salidas se mantiene mejor que aproximadamente −19 dB en todo el rango de operación.

Qué significa esto para los dispositivos inalámbricos futuros

En términos sencillos, el triplexor propuesto actúa como un divisor de tres vías excepcionalmente ordenado que puede separar canales de radio estrechamente empaquetados con muy poca energía desperdiciada y en un área muy pequeña. En comparación con diseños anteriores, ofrece pérdidas mucho menores, un mejor acoplamiento y una huella más reducida, todo mientras maneja un espaciamiento de canales más cercano. Esta combinación lo hace atractivo para frentes RF congestionados en estaciones base 5G, nodos del Internet de las cosas y circuitos de captación de energía inalámbrica, donde el espacio es limitado pero la eficiencia y la calidad de la señal son críticas. El enfoque de diseño—usar modelos de circuito claros para guiar la miniaturización y luego refinar con una optimización cuidadosa—también proporciona una hoja de ruta para ingenieros que quieran empaquetar aún más canales de frecuencia en el hardware inalámbrico compacto del mañana.

Cita: Yahya, S.I., Zubir, F., Nouri, L. et al. Design of a Low-Loss microstrip Lowpass-Bandpass triplexer with closely spaced channels for modern RF communication systems. Sci Rep 16, 4886 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35043-1

Palabras clave: triplexor microstrip, filtro paso bajo-paso de banda, frontal RF 5G, inalámbrico multibanda, captación de energía inalámbrica