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Compact Microstrip Triplexer Using Square Open-Loop Resonators with High Isolation for 5G Sub-6 GHz Applications

Este artículo presenta un triplexor de microcinta compacto que utiliza resonadores de bucle abierto cuadrados para lograr un alto aislamiento entre canales superior a 45 dB en las bandas de 2.2, 2.6 y 3.0 GHz para aplicaciones 5G de sub-6 GHz.

Autores originales: Bhaskarareddy N C, Rashmi Ravi, Augustine O. Nwajana

Publicado 2026-08-17

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CC BY 4.0

Autores originales: Bhaskarareddy N C, Rashmi Ravi, Augustine O. Nwajana

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina que el aire que nos rodea es una autopista bulliciosa e invisible llena de ondas de radio. Estas ondas transportan nuestros mensajes de texto, vídeos y llamadas, pero todas viajan a diferentes velocidades y en diferentes "carriles" llamados frecuencias. En el pasado, tu teléfono podría haber tenido un radio diminuto y separado para cada carril que necesitaba usar. Pero a medida que la tecnología avanza a toda velocidad, empaquetando más y más carriles en el mismo espacio, los ingenieros se enfrentan a un problema complicado: ¿cómo construyes un único y diminuto dispositivo que pueda escuchar tres carriles diferentes a la vez sin que choquen entre sí? Este es el mundo de la ingeniería de radiofrecuencia, donde el objetivo es crear "controladores de tráfico" que clasifiquen las señales perfectamente. Si estos controladores son demasiado desordenados, tu videollamada se congela o tu música se salta. La clave para resolver esto es construir un dispositivo que pueda dividir una señal en tres caminos distintos, manteniéndolos tan separados que nunca hablen accidentalmente entre sí.

Este artículo presenta un nuevo diseño para tal controlador de tráfico, específicamente para las próximas redes 5G que impulsarán nuestros futuros dispositivos. Los investigadores, que trabajan en la Universidad de Greenwich, han construido un "triplexor" —una palabra elegante para un dispositivo que divide una señal en tres—. Piensa en ello como una mágica bifurcación de tres vías en un camino donde un solo coche (la señal) llega e instantáneamente es clasificado en tres carriles diferentes (2,2 GHz, 2,6 GHz y 3,0 GHz) sin quedarse nunca atrapado o mezclarse con los otros coches. Para lograr esto, utilizaron un truco ingenioso que involucra "resonadores de bucle abierto cuadrados". Imagina tomar un cable largo y recto y doblarlo en un bucle cuadrado y apretado; esto hace que el cable actúe como un resorte que vibra en una nota específica, pero en un espacio mucho más pequeño. Al disponer estos bucles en tres grupos separados, el equipo creó un dispositivo que puede manejar tres frecuencias 5G simultáneamente.

La parte más emocionante de su trabajo es lo bien que se mantienen separados estos carriles. En muchos diseños anteriores, las señales a veces se "filtraban" de un carril a otro, causando interferencias, de forma muy parecida a escuchar la radio de un vecino a través de la pared. Los investigadores simularon su diseño en una computadora y descubrieron que su nuevo dispositivo mantiene los carriles increíblemente silenciosos. Las señales en un carril son bloqueadas de los otros por más de 45 decibelios de aislamiento. Para poner esto en perspectiva, si la señal en un carril fuera un grito, la señal que se filtra al siguiente carril sería más silenciosa que un susurro. Esta es una mejora significativa respecto a la mayoría de los otros diseños, que usualmente solo logran mantener el ruido en unos 20 o 25 decibelios.

El equipo no solo conjeturó; realizaron simulaciones computacionales detalladas para demostrar que su idea funciona. Construyeron un modelo virtual de su triplexor en un tipo especial de material de placa de circuito y probaron cómo funcionaba. Los resultados mostraron que el dispositivo es muy bueno en su trabajo: deja pasar las señales correctas con muy poca pérdida (solo pierde aproximadamente 1 decibelio de intensidad de señal) y no refleja casi nada de la señal de vuelta a la fuente. Aunque esto es actualmente una simulación por computadora y no un dispositivo físico que hayan construido y probado en un laboratorio todavía, los números sugieren que, si lo construyeran, sería un componente altamente eficiente y compacto, perfecto para la próxima generación de tecnología inalámbrica. El artículo sostiene que, al utilizar este diseño específico de bucle cuadrado y una conexión especial de "T", han resuelto el problema de la fuga de señal mejor que la mayoría de los otros métodos disponibles actualmente, ofreciendo una forma más limpia y compacta de gestionar las congestionadas ondas de radio del futuro.

Resumen Técnico: Triplexor de Microcinta Compacto utilizando Resonadores de Bucle Abierto Cuadrados para Aplicaciones 5G Sub-6 GHz

Planteamiento del Problema
El rápido despliegue de sistemas 5G New Radio (NR) sub-6 GHz, junto con la coexistencia de redes LTE y Wi-Fi, ha creado una demanda crítica de componentes de multiplexación pasiva compactos y de alta aislamiento. Los transceptores modernos requieren la capacidad de enrutar múltiples canales de frecuencia a través de un único puerto de antena compartido, minimizando al mismo tiempo la interferencia entre canales y la degradación de la señal. Los diseños de triplexores de microcinta existentes, que utilizan tecnologías como resonadores de impedancia escalonada (SIRs), resonadores de anillo dividido complementario (CSRRs) y celdas de línea acoplada, ofrecen miniaturización, pero frecuentemente sufren de un aislamiento entre canales limitado, que típicamente oscila entre 20 dB y 25 dB. Este nivel de aislamiento suele ser insuficiente para los front-ends multiestándar exigentes donde se requiere un control riguroso de la diafonía entre canales. Además, las disposiciones de diplexores en cascada acumulan pérdida de inserción y complejidad en la red de acoplamiento.

Metodología
Los autores proponen un triplexor de microcinta compacto diseñado para operar simultáneamente a 2.2 GHz, 2.6 GHz y 3.0 GHz, apuntando a asignaciones específicas de 5G NR sub-6 GHz. La metodología de diseño sigue un enfoque sistemático:

Selección del Resonador: El bloque de construcción central es el Resonador de Bucle Abierto Cuadrado (SOLR). Al plegar un resonador de microcinta recto de media longitud de onda ( $\lambda_g/2$ ) en un bucle cuadrado con un hueco de acoplamiento, la dimensión lineal se reduce a $\lambda_g/8$ . Esta geometría se implementa en un sustrato de alta permitividad Rogers RT/Duroid 6010LM ( $\epsilon_r = 10.7$ , espesor = 1.27 mm) para lograr una compacidad física.
Síntesis de Filtros: El triplexor consta de tres canales independientes de filtro de paso de banda (BPF) Chebyshev de tres polos, sumando un total de nueve polos de resonador. Cada canal se sintetiza a partir de un prototipo de paso bajo normalizado de Chebyshev con valores de elemento $g_0 = g_4 = 1.0$ , $g_1 = g_3 = 0.8516$ y $g_2 = 1.1032$ . A cada canal se le asigna un ancho de banda fraccional (FBW) del 3% y una impedancia de sistema de 50 $\Omega$ .
Integración y Estrategia de Aislamiento: Los tres canales de filtro se integran en un puerto de entrada común mediante una unión en T. Una característica clave del diseño es el dimensionamiento de las líneas de transmisión de conexión (TL $_1$ , TL $_2$ , TL $_3$ ) a aproximadamente un cuarto de longitud de onda ( $\lambda_g/4$ ) en sus respectivas frecuencias centrales. Esta configuración presenta una condición de alta impedancia en el nodo de la unión para los canales no deseados, imponiendo así una separación física de las rutas de señal y maximizando el aislamiento entre canales sin necesidad de resistencias auxiliares.
Simulación: El diseño se modeló utilizando Keysight Pathwave Advanced Design System (ADS) Momentum para simulación electromagnética (EM) de onda completa, asumiendo conductores de cobre con un espesor de 35 $\mu$ m.

Resultados Clave
Los resultados de la simulación EM de onda completa demuestran el siguiente rendimiento métrico del triplexor propuesto:

Pérdida de Retorno: El dispositivo logra pérdidas de retorno de 21.1 dB (2.2 GHz), 23.1 dB (2.6 GHz) y 22.8 dB (3.0 GHz), superando los 20 dB de referencia para dispositivos de microondas bien acoplados.
Pérdida de Inserción: Las pérdidas de inserción registradas son de 1.08 dB, 1.01 dB y 0.98 dB para los respectivos canales, lo que indica un rendimiento de baja pérdida para un dispositivo de nueve polos.
Aislamiento entre Canales: El resultado más significativo es el aislamiento entre canales, que supera los 45 dB en todos los pares de puertos: 45.7 dB (S $_{32}$ ), 45.2 dB (S $_{42}$ ) y 45.7 dB (S $_{43}$ ).
Huella Física: El circuito activo completo ocupa un volumen delimitador de 69.45 mm $\times$ 39.7 mm sobre el sustrato.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que el aislamiento entre canales logrado de más de 45 dB representa una mejora significativa respecto a la mayoría de los diseños de triplexores de microcinta reportados recientemente, los cuales típicamente luchan por superar los 20–25 dB en el rango sub-6 GHz. Los autores atribuyen este alto aislamiento directamente al esquema de integración de unión en T y al uso de SOLRs en un sustrato de alta permitividad, en lugar de depender de filtrado de post-diseño o estructuras auxiliares complejas.

Al comparar el diseño contra el estado del arte de la literatura (referenciando trabajos [5]–[10]), el artículo posiciona este triplexor como aquel que ofrece el mayor aislamiento entre canales reportado para triplexores de microcinta operando en el rango de 2–4 GHz, con la excepción de diseños especializados dirigidos a frecuencias mucho más altas. El diseño se presenta como una solución simétrica, controlable y reproducible que consolida las funciones de filtrado y enrutamiento en un solo dispositivo monolítico, reduciendo así la complejidad del circuito y la pérdida de inserción acumulada en comparación con las disposiciones de diplexores en cascada. El artículo concluye que la fuerte concordancia entre el modelo de circuito teórico y la simulación EM valida la síntesis de Chebyshev propuesta y la metodología de integración de unión en T.

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