Theses

Desarrollo de nuevos componentes pasivos de microondas en tecnología guiada para bandas altas de frecuencia

Año

2019

Author

  Jesús Ruiz Garnica

Director(s)

  Pablo Soto Pacheco
  Vicente E. Boria Esbert

Abstract

La presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental el desarrollo de nuevos componentes pasivos de microondas para bandas altas de frecuencia, que puedan llegar a operar, al menos, hasta la banda Ka. Estos nuevos componentes surgen en respuesta a la clara tendencia en el ámbito de las comunicaciones vía satélite de aumentar la frecuencia y el ancho de banda de trabajo, en aras de incrementar las velocidades de transmisión. Concretamente, se ha abordado el diseño de elementos básicos de un subsistema de comunicaciones vía satélite, como son las uniones en guía de onda y los filtros paso banda.

Por una parte, se han desarrollado uniones compensadas en guía de onda double ridge (T en plano H, T en plano E y T mágica), superando las limitaciones en ancho de banda que presentan las uniones tradicionales construidas sobre guía rectangular. Se ha pretendido lograr el objetivo de desarrollar unas uniones capaces de interconectar elementos que cubran un amplio ancho de banda, lo que también incluye los filtros de nueva generación presentados en esta tesis.

Por otro lado, se ha propuesto una novedosa técnica para el diseño de filtros paso banda con inversores de inmitancia, basada en el slope parameter. A diferencia de la técnica tradicional, este nuevo proceso tiene en cuenta la dependencia real de los elementos del filtro con la frecuencia, calculando y actualizando el slope parameter de cada resonador cargado con sus elementos de acoplo adyacentes en un proceso iterativo que llega a convergencia en pocas iteraciones. Así, este procedimiento basado en simulaciones electromagnéticas y cálculos, mejora la equivalencia entre el prototipo circuital y la estructura real sintetizada, ya que tiene en cuenta no sólo la dependencia con la frecuencia de los resonadores y los inversores individuales, sino también los efectos de carga que existen entre ellos. Además, se ha identificado que el mapeado en frecuencia elegido ha de ser el correcto para cada estructura y especificaciones del filtro. Como resultado, se obtienen unas mejores dimensiones iniciales, reduciendo de esta manera el coste computacional del paso final de optimización, que puede incluso llegar a ser innecesario en algunos casos. Este nuevo procedimiento se ha ilustrado mediante la síntesis de dos filtros de modo evanescente y mediante filtros radiantes que emplean una topología similar.

Finalmente, se ha llevado a cabo el estudio de una nueva familia de filtros denominada Modified Hybrid Folded Rectangular Waveguide (MHFRW), que además de operar en las citadas bandas de frecuencia, son capaces de manejar altos niveles de potencia, son fáciles de diseñar y fabricar (sin requerir tornillos de sintonía en muchos casos) y además presentan bajas pérdidas. Todo ello con la ventaja añadida de poder poner un número de ceros de transmisión mayor al orden del filtro (filtros superelípticos) mediante el uso de stubs cortocircuitados de longitud adecuada. Para ilustrar su funcionamiento se han presentado dos ejemplos detallados. El primero de ellos, que no presenta ceros de transmisión, se ha diseñado mediante la nueva técnica del slope parameter. El segundo se trata de un filtro superelíptico, con 4 ceros de transmisión (2 antes de la banda de paso y 2 después) implementados con 4 stubs en un filtro de orden 3. Por último, se ha mostrado la gran potencialidad práctica de esta familia de filtros mediante su aplicación en complejos multiplexores para bancos de medida de intermodulación pasiva (PIM).

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