[ES] En esta tesis denominada "Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades", se estudia en primera instancia la teoría de los modos característicos, enfocada en la interpretación física de sus parámetros, y se exponen brevemente diferentes metodologías para el diseño de antenas. A manera de guía inicial de diseño de antenas, se analizan los modos característicos de estructuras simples utilizando la herramienta de simulación FEKO. A continuación, se aplican los criterios de análisis de los modos característicos a cuerpos geométricos 2D y su acoplamiento con estructuras simples de hilo. Entre los cuerpos geométricos planos estudiados se encuentran: una placa cuadrada y su acoplamiento con hilos radiales, un disco y su acoplamiento con discos pequeños en su interior. En base a los resultados de estructuras planas, el estudio continúa con el análisis de los modos característicos de cuerpos geométricos tridimensionales, como un cubo y un cilindro, así como versiones alargadas de estas estructuras. Además, se analiza el cubo con radiales en diferentes orientaciones. También se estudian cavidades abiertas cuadradas y cilíndricas. Estas estructuras se examinan con elementos de alimentación, y se observan sus efectos en la respuesta modal. Por otro lado, se estudian las estructuras 3D compuestas para lograr, dependiendo el caso, antenas multipuerto con uno o múltiples haces, gran ancho de banda, buen aislamiento entre puertos, diversidad de polarización o polarización circular. En varios casos, se sintetizan o combinan modos para alcanzar los objetivos deseados. Con el propósito de aplicar los estudios modales de cuerpos geométricos y cavidades, se realiza un análisis completo utilizando onda completa con el software de simulación CST Studio Suite. Estas propuestas se centran en aplicaciones de 5G y IoT. Además, la estructura cúbica con radiales se enfoca en aplicaciones de CubeSat. Varios de estos prototipos se fabrican y se llevan a cabo mediciones. Los resultados de las simulaciones y las mediciones se comparan para validar las propuestas. Para concluir, se resumen las conclusiones de los resultados más relevantes obtenidos durante el desarrollo de esta tesis. Asimismo, se plantean posibles líneas de investigación futuras relacionadas con este trabajo. / [CA] En aquesta tesi anomenada "Estudi modal d'antenes integrades en cossos geomètrics i cavitats", s'estudia en primera instància la teoria de les maneres característiques, enfocada a la interpretació física dels seus paràmetres, i s'exposen breument diferents metodologies per al disseny d'antenes. A manera de guia inicial de disseny d"antenes, s"analitzen els modes característics d"estructures simples utilitzant l"eina de simulació FEKO. A continuació, s'apliquen els criteris d'anàlisi de les maneres característiques a cossos geomètrics 2D i el seu acoblament amb estructures simples de fil. Entre els cossos geomètrics plans estudiats hi ha: una placa quadrada i el seu acoblament amb fils radials, un disc i el seu acoblament amb discos petits a l'interior. En base als resultats d'estructures planes, l'estudi continua amb l'anàlisi de les maneres característiques de cossos geomètrics tridimensionals, com ara un cub i un cilindre, així com versions allargades d'aquestes estructures. A més, s'analitza la galleda amb radials en diferents orientacions. També s'hi estudien cavitats obertes quadrades i cilíndriques. Aquestes estructures s'examinen amb elements d'alimentació i se n'observen els efectes en la resposta modal. D'altra banda, s'estudien les estructures 3D compostes per aconseguir, segons el cas, antenes multiport amb un o múltiples feixos, gran amplada de banda, bon aïllament entre ports, diversitat de polarització o polarització circular. En diversos casos, se sintetitzen o combinen maneres per assolir els objectius desitjats. Amb el propòsit d'aplicar els estudis modals de cossos geomètrics i cavitats, es fa una anàlisi completa utilitzant ona completa amb el programari de simulació CST Studio Suite. Aquestes propostes se centren en aplicacions de 5G i IoT. A més, l'estructura cúbica amb radials s'enfoca a aplicacions de CubeSat. Diversos d'aquests prototips es fabriquen i es fan mesuraments. Els resultats de les simulacions i els mesuraments es comparen per validar les propostes. Per concloure, es resumeixen les conclusions dels resultats més rellevants obtinguts durant el desenvolupament daquesta tesi. Així mateix, es plantegen possibles línies de recerca futures relacionades amb aquest treball. / [EN] In this thesis entitled "Modal Investigation of Antennas Integrated into Geometric Bodies and Cavities," the theory of characteristic modes is explored initially, with a specific focus on the physical interpretation of its parameters. Various methodologies for antenna design are briefly introduced as well. To provide an initial guidance for antenna design, the characteristic modes of simple structures are analyzed using the FEKO simulation tool. Subsequently, the criteria for examining characteristic modes are applied to 2D geometric bodies and their interactions with simple wire structures. Among the planar geometric bodies investigated are a square plate coupled with radial wires and a disk coupled with smaller disks within it. Building upon the findings from planar structures, the study proceeds to investigate the characteristic modes of three-dimensional geometric bodies, including a cube, a cylinder, and elongated variations of these structures. Additionally, the analysis encompasses cubes with radials oriented in different directions. The study also extends to square and cylindrical open cavities, which are examined with feed elements to observe their impact on modal response. Furthermore, composite 3D structures are examined to achieve various objectives, such as multiport antennas with single or multiple beams, wide bandwidth, strong isolation between ports, polarization diversity, or circular polarization. In several instances, modes are synthesized or combined to meet specific goals. To facilitate the application of modal studies on geometric bodies and cavities, a comprehensive analysis is conducted using full-wave simulations with CST Studio Suite software. These proposals are primarily geared toward 5G and IoT applications, with a particular emphasis on CubeSat applications in the case of the cubic structure with radials. Several prototypes are fabricated, and measurements are carried out to validate the results obtained from simulations. In conclusion, the thesis summarizes the most significant findings obtained throughout its development. Additionally, it proposes potential avenues for future research related to this work. / Llanga Vargas, A. (2024). Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203191

[ES] La Teoría de Modos Característicos (TCM), desarrollada por R.F. Harrington a mediados de los años 60, se ha convertido desde los inicios del siglo XXI, en una herramienta fundamental para el diseño sistemático de antenas, gracias a la visión física que aporta de los fenómenos de radiación. Actualmente, numerosos grupos de investigación a nivel mundial han adoptado esta teoría dentro de su metodología de diseño. No obstante, la teoría de modos característicos ha sido utilizada mayormente para el análisis de estructuras planas, existiendo pocos ejemplos de aplicación de la teoría a estructuras 3D, dada la dificultad que implica su análisis. Esta tesis tiene como objetivo diseñar antenas multi-alimentadas con un gran ancho de banda usando la TMC. La principal novedad que aporta, es la aplicación de la teoría de modos característicos al análisis de estructuras 3D y el empleo de multi alimentación para excitar de forma selectiva modos concretos de radiación. Inicialmente se presenta un análisis de estructuras planas que interactúan entre sí, y se utiliza una combinación de puertos para forzar la excitación de ciertos modos con buen comportamiento radiante. Además, se demuestra que las resonancias de una antena, no solamente son causadas por un modo en resonancia, sino que también aparecen como resultado de la combinación de modos magnéticos y eléctricos. En la tesis se proponen diseños de antenas con muy bajo perfil, obtenidas a partir del plegado progresivo de las estructuras planas previamente estudiadas. Con las técnicas de plegado se consiguen antenas compactas y de bajo perfil, fácilmente integrables, que presentan muy buenas características de radiación y una forma de excitación sencilla. Se realiza un estudio sistemático de estructuras canónicas en 3 dimensiones, como las guías de onda rectangular y circular. En primer lugar, las guías de onda y cavidades equivalentes se analizan con un enfoque clásico, obteniendo los modos de campo transversal eléctrico TE y transversal magnético TM. A continuación, se analizan las mismas guías y cavidades aplicando la teoría de modos característicos, unificando y comparando por primera vez los dos tipos de analisis. Las conclusiones extraídas del análisis de las guías de onda rectangular y circular, se han aplicado para diseñar dos tipos de antenas, que proporcionan buen ancho de banda y características de radiación óptimas para aplicaciones 5G. La tesis incluye un capítulo en el que se proponen distintos prototipos de antenas, diseñados a partir de la aplicación de la teoría de modos característicos. Se aprovechan las conclusiones obtenidas en cada uno de los capítulos de la tesis y se aplican a diseños específicos, demostrando que empleando la TCM, es posible diseñar antenas que tengan buenas características de radiación y que pueden integrarse fácilmente en dispositivos que operen con nuevas tecnologías, como 5G o IoT. / [CA] La Teoria de Modes Característics (TCM), desenvolupada per R.F. Harrington a mitjans dels anys 60, s'ha convertit des dels inicis de segle XXI, en una eina fonamental per al disseny sistemàtic d'antenes, gràcies a la visió física que aporta dels fenòmens de radiació. Actualment, nombrosos grups d'investigació a nivell mundial han adoptat aquesta teoria dins de la seva metodologia de disseny. No obstant això, la teoria de modes característics ha estat utilitzada majorment per l'anàlisi d'estructures planes, i hi ha pocs exemples d'aplicació de la teoria a estructures 3D, donada la dificultat que implica el su anàlisi. Aquesta tesi té com a objectiu dissenyar antenes multi-alimentades amb un gran ample de banda usant la TMC. La principal novetat que aporta és l'aplicació de la teoria de modes característics a l'anàlisi d'estructures 3D i l'us de multi alimentació per excitar de forma selectiva modes concrets de radiació. Inicialment es presenta un anàlisi d'estructures planes que interactuen entre si, i s'utilitza una combinació de ports per forçar l'excitació de determinats modes amb bon comportament radiant. A més, es demostra que les ressonàncies d'una antena, no solament són causades per un mode en ressonància, sinó que també apareixen com a resultat de la combinació de modes magnètics i elèctrics. A la tesi es proposen dissenys d'antenes amb molt baix perfil, obtingudes a partir del plegat progressiu de les estructures planes prèviament estudiades. Amb les tècniques de plegat s'aconsegueixen antenes compactes i de baix perfil, fàcilment integrables, que presenten molt bones característiques de radiació i una forma d'excitació senzilla. Es realitza un estudi sistemàtic d'estructures canòniques en 3 dimensions, com les guies d'ona rectangular i circular. En primer lloc, les guies d'ona i cavitats equivalents s'analitzen amb un enfocament clàssic, obtenint els modes de camp transversal elèctric ET i transversal magnètic TM. A continuació, s'analitzen les mateixes guies i cavitats aplicant la teoria de modes característics, unificant i comparant per primera vegada els dos tipus d'anàlisi. Les conclusions extretes de l'anàlisi de les guies d'ona rectangular i circular, s'han aplicat per dissenyar dos tipus d'antenes, que proporcionen bon ample de banda i característiques de radiació òptimes per a aplicacions 5G. La tesi inclou un capítol en el qual es proposen diferents prototips d'antenes, dissenyats a partir de l'aplicació de la teoria de modes característics. S'aprofiten les conclusions obtingudes en cada un dels capítols de la tesi i s'apliquen a dissenys específics, demostrant que emprant la TCM, és possible dissenyar antenes que tinguen bones característiques de radiació i que poden integrar-se fàcilment en dispositius que operen amb noves tecnologies, com 5G o IoT. / [EN] The Theory of Characteristic Modes (TCM), developed by R.F. Harrington in the mid 1960's, has become, since the beginning of the 21st century, a fundamental tool for systematic antenna design, thanks to the physical vision it provides of radiation phenomena. Currently, many research groups worldwide have adopted this theory as part of their design methodology. However, the theory of characteristic modes has been used mainly for the analysis of planar structures, and there are few examples of application of the theory to 3D structures, given the difficulty involved in its analysis. This thesis aims to design multi-fed antennas with high bandwidth using TCM. The main novelty contribution is providing the application of characteristic modes theory to the analysis of 3D structures and the use of multi-feed to selectively excite specific radiation modes. Initially, an analysis of plane structures that interact with each other is presented, and a combination of ports is used to force the excitation of certain modes with good radiant behavior. Furthermore, it is shown that the resonances of an antenna are not only caused by a resonance mode, but also appear as a result of the combination of magnetic and electrical modes. The thesis proposes antenna designs with very low profile, obtained from the progressive folding of the previously studied planar structures. With the folding techniques, compact and low-profile antennas are designed, easily integrated, with very good radiation characteristics and a simple form of excitation. A systematic study of 3-dimensional canonical structures, such as rectangular and circular waveguides, is carried out. First, the waveguides and equivalent cavities with a classical approach are analyzed, obtaining the transverse electric TE and transverse magnetic TM field modes. Then, the same waveguides and cavities are analyzed applying the theory of characteristic modes, unifying and comparing for the first time the two types of analysis. The conclusions drawn from the analysis of the rectangular and circular waveguides have been applied to design two types of antennas, which provide good bandwidth and optimal radiation characteristics for 5G applications. The thesis includes a chapter in which different antenna prototypes are proposed, designed from the application of the characteristic modes theory. The conclusions obtained in each chapters of the thesis are taken advantage of and applied to specific designs, showing that using TCM, it is possible to design antennas that have good radiation characteristics and that can be easily integrated into devices that operate with new technologies. like 5G or IoT. / Peñafiel Ojeda, CR. (2021). Design of Multi-feed UWB Antennas using the Theory of Characteristic Modes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/175186 / TESIS