La evolución actual de los sistemas de telecomunicación se caracteriza por la optimización constante en el uso y en el manejo del ancho de banda, para poder ofertar así el mayor rango posible de servicios a los usuarios y al menor coste posible. El área de los dispositivos pasivos de microondas, tanto en lo que respecta a enlaces terrestres como a las comunicaciones espaciales, no ha sido ajeno a esta evolución. De hecho, este campo ha experimentado grandes avances en los últimos años para poder cumplir con unos requisitos cada vez más exigentes, lo que ha fomentado la aparición de nuevos dispositivos e importantes mejoras en los ya existentes. El trabajo desarrollado en esta tesis se enmarca dentro de este contexto, y pretende contribuir a la mejora de los procedimientos de análisis y diseño de aquellos dispositivos pasivos de microondas que deben satisfacer unas especificaciones que abarquen un amplio ancho de banda. Es importane destacar que, conforme avanza la tecnología, la influencia de estos dispositivos en las prestaciones finales de los sistemas de telecomunicación es cada vez más importante. Esta tesis se centra en las tres familias de filtros de microondas en tecnología de guía onda probablemente más habituales en la práctica: los filtros inductivos, los filtros de modo evanescente y los filtros corrugados. No obstante, muchos de los procedimientos aquí desarrollados y los resultados obtenidos se podrían también extender a otros dispositivos pasivos con un gran ancho de banda de operación. En primer lugar se han implementado una serie de herramientas basadas en técnicas modales, las cuales permiten realizar el análisis de estos componenetes de una forma extremadamente precisa y eficiente. Para poder ampliar el rango de aplicación de las técnicas modales a dispositivos con guías no canónicas, se ha desarrollado a su vez un nuevo procedimiento para obtener con gran rapidez y rigurosidad el espectro modal de guías con una sección transversal prácticamente arbitraria. / Soto Pacheco, P. (2012). ANÁLISIS Y DISEÑO OPTIMIZADO DE DISPOSITIVOS PASIVOS DE MICROONDAS DE BANDA AMPLIA CON GUÍAS DE SECCIÓN TRANSVERSAL ARBITRARIA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15865

[ES] 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). / [CA] La present tesi doctoral té com a objectiu fonamental el desenvolupament de nous components passius de microones per a bandes altes de freqüència, que puguen arribar a operar almenys fins a la banda Ka. Aquests nous components sorgeixen en resposta a la clara tendència en l'àmbit de les comunicacions via satèl·lit d'augmentar la freqüència i l'amplada de banda de treball, a fi de incrementar les velocitats de transmissió. Concretament, s'ha abordat el disseny d'elements bàsics d'un subsistema de comunicacions via satèl·lit, com són les unions en guia d'ona i els filtres passabanda. D'una banda, s'han desenvolupat unions compensades en guia d'ona double ridge (T en pla H, T en pla E i T màgica), superant així les limitacions d'amplada de banda que presenten les unions tradicionals, construïdes sobre guia rectangular. S'ha pretès aconseguir l'objectiu de desenvolupar unes unions capaces d'interconnectar elements que cobrisquen una gran amplada de banda, cosa que inclou els filtres de nova generació presentats en aquesta tesi. D'altra banda, s'ha proposat una nova tècnica per al disseny de filtres passabanda amb inversors d'immitància, basada en l'slope parameter. A diferència de la tècnica tradicional, aquest nou procés té en compte la dependència real dels elements del filtre respecte de la freqüència, i calcula i actualitza l'slope parameter de cada ressonador carregat amb els elements d'acoblament adjacents, en un procés iteratiu que arriba a convergència en poques iteracions. Així, aquest procediment basat en simulacions electromagnètiques i càlculs millora l'equivalència entre el prototip circuital i l'estructura real sintetitzada, ja que té en compte no sols la dependència respecte de la freqüència dels ressonadors i els inversors individuals, sinó també els efectes de càrrega que hi ha entre aquests. A més, s'ha identificat que el mapatge en freqüència triat ha de ser el correcte per a cada estructura i especificacions del filtre. Com a resultat, s'obtenen unes millors dimensions inicials, i d'aquesta manera es redueix el cost computacional del pas final d'optimització, que fins i tot pot arribar a ser innecessari en alguns casos. Aquest nou procediment s'ha il·lustrat mitjançant la síntesi de dos filtres de mode evanescent i mitjançant filtres radiants que empren una topologia similar. Finalment, s'ha portat a terme l'estudi de una nova família de filtres denominada Modified Hybrid Folded Rectangular Waveguide (MHFRW), que, a més d'operar en les citades bandes de freqüència, són capaços de manejar alts nivells de potència, fàcils de dissenyar i fabricar (sense requerir caragols de sintonia en molts casos) i, a més, presenten baixes pèrdues. Tot això, amb l'avantatge afegit de poder posar un nombre de zeros de transmissió major que l'ordre del fltre (filtres superel·líptics) mitjançant l'ús de stubs curtcircuitats de longitud adequada. Per il·lustrar-ne el funcionament se n'han presentat dos exemples detallats. El primer d'aquests, que no presenta zeros de transmissió, s'ha dissenyat mitjançant la nova tècnica de l'slope parameter. El segon es tracta de un filtre superel·líptic, amb 4 zeros de transmissió (2 abans de la banda de pas i 2 després) implementats amb 4 slope en un filtre d'ordre 3. Finalment, s'ha mostrat la gran potencialitat pràctica d'aquesta família de filtres mitjançant l'aplicació en multiplexors complexos per a bancs de mesurament de la intermodulació passiva (PIM). / [EN] The main objective of this Ph.D. thesis is the development of new passive microwave components for high frequency bands, able to work at least up to Ka band. These new components aim at satisfying the needs of new communication systems, especially for satellite communications, where there is a trend to increase frequency and bandwidth of operation. Specifically, the design of basic hardware elements of satellite communication subsystems has been addressed, such as waveguide junctions and bandpass filters. On the one hand, compensated T-junctions have been developed in double ridge waveguide (H-plane T, E-plane T and magic T), in order to overcome the bandwidth limitations of traditional junctions built on rectangular waveguide technology. The development of junctions able of interconnecting elements over a wide bandwidth has been pretended, including also the new generation of filters presented in this Ph.D. thesis. On the other hand, a novel technique for the design of bandpass filters with immittance inverters has been proposed. This technique is based on the slope parameter. Unlike traditional techniques, this new process takes into account the actual dependence of filter elements with frequency, calculating and updating the slope parameter of each resonator loaded with its adjacent coupling elements in an iterative process. This process reaches convergence after few iterations. Therefore, this procedure (based on electromagnetic simulations and calculations) improves the equivalence between the circuit prototype and the real structure, since it takes into account the frequency dependence of resonators and individual inverters, including also the loading effects between them. In addition, it is important to point out that an appropriate frequency mapping must be chosen for each structure and filter specifications. As a result, better initial dimensions can be obtained, thus reducing the computational cost of the final optimization step, which can even become unnecessary in some cases. This new procedure has been illustrated by the synthesis of two evanescent-mode filters and several radiating filters based on a similar topology. Finally, the study of a new filter family called Modified Hybrid Folded Rectangular Waveguide (MHFRW) has been carried out. Besides operating in the mentioned frequency bands, theses filters are capable of handling high power levels, are easy to design and manufacture (without requiring tuning screws in many cases) and also present low losses. Likewise, this type of filters are able to generate a number of transmission zeros greater than the order of the filter (i.e., provide super-elliptic responses) by means of shortcircuited stubs. To illustrate its operation, two examples have been presented in detail. The first of them, which does not have transmission zeros, has been implemented using the new technique of slope parameter. Accordingly, the suitability of this method for this type of structure is demonstrated. The second is a super-elliptic filter, with 4 transmission zeros (2 before the passband and 2 after it) implemented with 4 stubs in a filter of order 3. To conclude and show the practical capabilities of the proposed family of filters, they have been successfully applied in the development of complex multiplexers for passive intermodulation (PIM) measurement test benches. / Ruiz Garnica, J. (2019). Desarrollo de Nuevos Componentes Pasivos de Microondas en Tecnología Guiada para Bandas Altas de Frecuencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133058

[EN] The general goal of this thesis is the development of a basic tool for the analysis of passive microwave and millimetre-wave devices used in the new generation of communication systems. In particular, the work is focused on the development of a tool for an efficient and accurate modal characterization of passive devices composed of waveguides with arbitrary cross section. In order to achieve this goal, a method recently arisen and called BI-RME (Boundary Integral - Resonant Mode Expansion) is extended. This method has been revealed as one of the most appropriate, for its high computational efficiency, to characterize waveguides with arbitrary cross section. Regarding the original BI-RME method, this one will improve the precision and the efficiency of the modal solution in presence of circular and elliptic perturbations in the arbitrary waveguide contour. Then, the first work consists on extending the original BI-RME method theory to circular and elliptic geometries including the possibility to connect these two new types of segments (circular and elliptic) with the straight segments used until now in the practical implementation of the method. In order to validate the new developed theory, a set of parameters as the cut-off frequencies, the cut-off wavelengths or the electromagnetic fields of canonical waveguides and arbitrarily shaped waveguides of great practical interest, are calculated. These results are compared with analytical well-known solutions or results published in the literature. Once the electromagnetic modal chart of different arbitrarily shaped waveguides is obtained, the following step is the computation of the coupling integrals between these modes and the ones of the rectangular waveguide that completely surrounds the arbitrary contour. Such integrals are essential for the modal analysis of microwave passive structures involving waveguides with arbitrary cross section. For this purpose, the new extended BI-RME method is included into a software package tool based on the integral equation method, which allows to characterize efficiently waveguide discontinuities by means of inmitance matrices (admittance or impedance). This efficient full-wave analysis method requires the knowledge of the modal chart related to all the waveguides included in the devices under consideration, as well as the coupling integrals between the modes of the two waveguides composing the discontinuity. In the rectangular waveguides case this modal information can be easily obtained in an analytical way. However, when a waveguide or both have arbitrary cross section, the accurate and efficient modal analysis can be obtained by means of the BI-RME method. The use of the integral equation method based on admittance or impedance matrices to characterize devices composed of cascading waveguides is specially advantageous because it leads to a linear system of equations. The coefficients matrix of this linear system presents a banded structure that can be appropriately exploited to increase the computational efficiency associated to the resolution of the aforementioned system, and to reduce considerably the computational cost associated to the analysis of complex devices. Next step is the demonstration that in waveguides with arbitrary cross section and with one or two symmetry axes you can generate, also by means of the BI-RME method, the whole family of waveguide modes, so that they verify a certain fictitious boundary condition of electric or magnetic walls in the symmetry plane, and the advantages regarding the computation of the modes are discussed. Furthermore, those different symmetry families of waveguide modes propagate in an independent way along the structures constituted by a connection of uniform waveguides. This situation can also be exploited to increase in a remarkable way the efficiency of the Computer-Aided-Design (CAD) electromagnetic software packages. Once verified with success the efficiency and precision of the new CAD tool developed by means of the analysis of transitions published in the related technical bibliography, the analysis of really complex passive waveguide devices is performed. Some passive waveguide devices analyzed are for instance a filter with inductive coupling windows and tuning screws, a filter with rounded corners, dual mode filters in circular waveguide with elliptic irises or in elliptic waveguides, an evanescent filter, a low bandpass filter in coaxial waveguide, and finally a new 90º twist component for space applications. The simulated results are totally validated by means of comparison with other data published in the related technical bibliography, or by means of measurements of manufactured prototypes. Finally, the conclusions of this work are extracted and future research lines are outlined. Publications in journal and congress presentations in the framework of this thesis are also indicated. / [ES] El objetivo general de esta tesis es el desarrollo de una herramienta b´asica general para el an´alisis de dispositivos pasivos de microondas y ondas milim´etricas usados en la nueva generaci´on de sistemas de comunicaciones. En particular, el trabajo se centra en desarrollar una herramienta para una eficiente y precisa caracterizaci´on modal de dispositivos pasivos constituidos por gu´ıas de onda de secci´on transversal arbitraria. Para cumplir con este objetivo se propone extender un m´etodo surgido recientemente y llamado BI-RME (Boundary Integral - Resonant Mode Expansion, que en espa˜nol significa Integral de Contorno - Expansi´on Modal Resonante). Este m´etodo se ha revelado como uno de los m´as adecuados, por su tremenda eficiencia computacional, para caracterizar modalmente las gu´ıas de secci´on transversal arbitraria. Respecto al m´etodo BI-RME original se pretende mejorar la precisi´on y la eficiencia en presencia de perturbaciones circulares y el´ıpticas en el contorno de las gu´ıas a estudiar. El primer trabajo de la tesis consiste entonces en extender la teor´ıa del m´etodo BI-RME a geometr´ıas circulares y el´ıpticas incluyendo la posibilidad de conectar estos dos nuevos tipos de arcos (circulares y el´ıpticos) con los tramos rectos usados hasta ahora en la implementaci´on pr´actica del m´etodo. Con el objeto de validar la nueva teor´ıa desarrollada se calcula un conjunto de par´ametros, como las frecuencias de corte, la longitud de onda de corte o el campo electromagn´etico, que caracterizan gu´ıas can´onicas y gu´ıas arbitrarias de inter´es pr´actico, y se comparan los resultados obtenidos con las soluciones anal´ıticas conocidas o resultados publicados en la literatura. Una vez obtenida la carta modal de las diferentes gu´ıas de secci´on transversal arbitraria, el paso siguiente es calcular las integrales de acoplo entre estos modos y los modos de la gu´ıa rectangular que encierra completamente el contorno arbitrario. Tales integrales son fundamentales para el an´alisis modal de estructuras pasivas de microondas constituidas por transiciones planares entre gu´ıas de secci´on transversal distinta. Para estudiar estas estructuras pasivas, se integra la nueva y extendida t´ecnica BI-RME propuesta en una herramienta inform´atica basada en el m´etodo de la ecuaci´on integral, el cual permite caracterizar eficientemente transiciones planares mediante matrices de inmitancia (admitancia o impedancia). Este m´etodo de an´alisis electromagn´etico full-wave necesita el espectro modal de cada una de las gu´ıas que forman las transiciones, as´ı como las integrales de acoplo entre los modos de las dos gu´ıas adyacentes que constituyen la discontinuidad. En el caso de gu´ıas rectangulares, dicha informaci´on modal se puede obtener f´acilmente de forma anal´ıtica. Sin embargo cuando una gu´ıa o las dos tienen una secci´on transversal arbitraria, esta informaci´on se puede obtener de forma eficiente y precisa mediante el m´etodo BI-RME. El empleo del m´etodo de la ecuaci´on integral basado en matrices de admitancias o de impedancias para caracterizar dispositivos integrados por gu´ıas conectadas en cascada resulta especialmente ventajoso, pues conduce a un sistema de ecuaciones lineales a resolver cuya matriz de coeficientes presenta una estructura en banda, caracter´ıstica que puede explotarse adecuadamente para incrementar la eficiencia computacional asociada a la resoluci´on del citado sistema, y reducir considerablemente el coste asociado al an´alisis de dispositivos complejos. A continuaci´on se demuestra como en gu´ıas de secci´on transversal arbitraria con uno o dos ejes de simetr´ıa se puede generar, tambi´en mediante el m´etodo BI-RME, toda la familia de modos de dicha gu´ıa de manera que verifiquen una cierta condici´on de contorno ficticia de pared el´ectrica o pared magn´etica en el plano de simetr´ıa, y se discuten las ventajas computacionales respecto a calcular todos los modos simult´aneamente. Adem´as, las distintas familias de simetr´ıa se propagan de forma independiente a lo largo de estructuras constituidas por una conexi´on en cascada de gu´ıas uniformes que presentan la misma simetr´ıa. Dicha situaci´on se puede explotar para aumentar de forma notable la eficiencia del simulador electromagn´etico. Verificada con ´exito la eficiencia y precisi´on de la nueva herramienta inform´atica desarrollada mediante el an´alisis de transiciones publicadas en la bibliograf´ıa t´ecnica relacionada, se analizan dispositivos pasivos realmente complejos, tales como un filtro con ventanas de acoplo inductivas y tornillos de sinton´ıa, un filtro con esquinas redondeadas, filtros de modo dual en gu´ıa circular con iris el´ıpticos o en gu´ıa el´ıptica, un filtro de modo evanescente, un filtro paso bajo en gu´ıa coaxial, y finalmente un nuevo girador de polarizaci´on de 90o para aplicaciones espaciales. Los resultados son completamente validados mediante comparaci´on con otros publicados en la bibliograf´ıa t´ecnica relacionada, o bien mediante las medidas de las respuestas asociadas a unas implementaciones pr´acticas de las estructuras analizadas. Finalmente se extraen las conclusiones de la tesis y se indican posibles l´ıneas de investigaci´on futuras. Se indican tambi´en las publicaciones en revistas y las comunicaciones en congresos a que ha dado lugar el trabajo desarrollado en el marco de esta tesis. / [CA] L’objectiu general d’esta tesi ´es el desenrotllament d’una ferramenta b`asica general per a l’an`alisi de dispositius passius de microones i ones mil·lim`etriques usats en la nova generaci´o de sistemes de comunicacions. En particular, el treball se centra en desenrotllar una ferramenta per a una eficient i precisa caracteritzaci´o modal de dispositius passius constitu¨ıts per guies d’ona de secci´o transversal arbitr`aria. Per a complir amb este objectiu es proposa estendre un m`etode sorgit recentment i anomenat BI-RME (Boundary Integral - Resonant Mode Expansion, que en valenci`a significa Integral de Contorn - Expansi´o Modal Ressonant). Este m`etode s’ha revelat com un dels mes adequats, per la seua tremenda efici`encia computacional, per a caracteritzar modalment les guies de secci´o transversal arbitr`aria. Respecte al m`etode BI-RME original es pret´en millorar la precisi´o i l’efici`encia en pres`encia de pertorbacions circulars i el·l´ıptiques en el contorn de les guies a estudiar. El primer treball de la tesi consistix aleshores a estendre la teoria del m`etode BI-RME a geometries circulars i el·l´ıptiques incloent la possibilitat de connectar estos dos nous tipus d’arcs (circulars i el·l´ıptics) amb els trams rectes usats fins ara en la implementaci´o pr`actica del m`etode. Amb l’objecte de validar la nova teoria desenrotllada es calcula un conjunt de par`ametres, com les freq¨ u`encies de tall, la longitud d’ona de tall o el camp electromagn`etic, que caracteritzen guies can`oniques i guies arbitr`aries d’inter´es pr`actic, i es comparen els resultats obtinguts amb les solucions anal´ıtiques conegudes o resultats publicats en la literatura. Una vegada obtinguda la carta modal de les diferents guies de secci´o transversal arbitr`aria, el pas seg¨uent ´es calcular les integrals d’acoblament entre estos modes i els modes de la guia rectangular que tanca completament el contorn arbitrari. Tals integrals s´on fonamentals per a l’an`alisi modal d’estructures passives de microones constitu¨ıdes per transicions planars entre guies de secci´o transversal distinta. Amb eixa finalitat, s’integra la nova i estesa t`ecnica BI-RME proposta en una ferramenta inform`atica basada en el m`etode de l’equaci´o integral, el qual permet caracteritzar eficientment transicions planars per mitj`a de matrius d’inmit`ancia (admit`ancia o imped`ancia). Este m`etode d’an`alisi electromagn`etica full-wave necessita l’espectre modal de cadascuna de les guies que formen les transicions, aix´ı com les integrals d’acoblament entre els modes de les dos guies adjacents que constitu¨ıxen la discontinu¨ıtat. En el cas de guies rectangulars, dita informaci´o modal es pot obtindre f`acilment de forma anal´ıtica. No obstant quan una guia o les dos tenen una secci´o transversal arbitr`aria, esta informaci´o es pot obtindre de forma eficient i precisa per mitj` a del m`etode BI-RME. L’us del m`etode de l’equaci´o integral basat en matrius d’admit`ancies o d’imped`ancias per a caracteritzar dispositius integrats per guies connectades en cascada resulta especialment avantatj´os, perqu`e condu¨ıx a un sistema d’equacions lineals a resoldre la matriu de coeficients del qual presenta una estructura en banda, caracter´ıstica que pot explotar-se adequadament per a incrementar l’efici`encia computacional associada a la resoluci´o del citat sistema, i reduir considerablement el cost associat a l’an`alisi de dispositius complexos. A continuaci´o es demostra com en guies de secci´o transversal arbitr`aria amb un o dos eixos de simetria es pot generar, tamb´e per mitj`a del m`etode BI-RME, tota la fam´ılia de modes de dita guia de manera que verifiquen una certa condici´o de contorn fict´ıcia de paret el`ectrica o paret magn`etica en el pla de simetria, i es discutix els avantatges computacionals respecte a calcular tots els modes simult`aniament. A m´es, les distintes fam´ılies de simetria es propaguen de forma independent al llarg d’estructures constitu¨ıdes per una connexi´o en trencada de guies uniformes que tenen les meteixes propietats de simetria. La dita situaci´o es pot explotar per a augmentar de forma notable l’efici`encia del simulador electromagn`etic. Verificada amb `exit l’efici`encia i precisi´o de la nova ferramenta inform`atica desenrotllada per mitj`a de l’an`alisi de transicions publicades en la bibliografia t`ecnica relacionada, s’analitzen dispositius passius realment complexos, tals com un filtre amb finestres d’acoblament inductives i tornels de sintonia, un filtre amb cantons arredonits, filtres de modo dual en guia circular amb iris el·l´ıptics o en guia el·l´ıptica, un filtre de modo evanescent, un filtre pas baix en guia coaxial, i finalment un nou girador de polaritzaci´o de 90o per a aplicacions espacials. Els resultats s´ on completament validats per mitjanc¸ant la comparaci´o amb altres publicats en la bibliografia t` ecnica relacionada, o b´e per mitj`a de les mesures de les respostes associades a unes implementacions pr`actiques de les estructures analitzades. Finalment s’extrauen les conclusions de la tesi i s’indiquen possibles l´ınies d’investigaci´o futures. S’indiquen tamb´e les publicacions en revistes i les comunicacions en congressos a qu`e ha donat lloc el treball desenrotllat en el marc d’esta tesi. / Marini, S. (2005). Análisis modal eficiente de dispositivos pasivos de microondas implementados con guías de sección transversal arbitraria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/131737

[ES] El uso masivo de los sistemas de comunicaciones inalámbricas y móviles ha tenido un impacto significativo en nuestra sociedad. Estas tecnologías han experimentado una amplia adopción en el mercado, volviéndose totalmente indispensables en nuestro día a día y provocando un aumento notable en la demanda de movilidad y ancho de banda. Esto ha llevado a la rápida aparición de nuevos sistemas de comunicación y a la progresiva saturación del espectro radioeléctrico, lo que conlleva un constante aumento en los requisitos de los sistemas de radiofrecuencia. Como resultado, los dispositivos que forman parte de estos sistemas se ven sometidos a especificaciones cada vez más restrictivas. Estas restricciones se han visto fuertemente incrementadas en las comunicaciones espaciales, donde los nuevos sistemas basados en satélite de alta capacidad y grandes constelaciones fuerzan la reducción de costes a la vez que requieren de altas prestaciones. Con el fin de satisfacer las crecientes demandas de los sistemas inalámbricos, se busca el desarrollo de dispositivos de comunicación que ofrezcan altas prestaciones a bajo costo. Estos dispositivos también deben ser compactos, ligeros y fáciles de integrar con diversas tecnologías de guiado de ondas (guías de ondas, cables coaxiales y tecnologías planares). En respuesta a estas necesidades, han surgido dos soluciones tecnológicas: los circuitos integrados en sustrato (SIC) y la fabricación aditiva (AM). La tecnología SIC permite combinar tecnologías de guiado planares y no planares en un mismo sistema, lo que resulta en unas prestaciones híbridas entre ambas tecnologías. Además, ofrece una notable reducción de peso y una gran miniaturización y su naturaleza planar permite una integración nunca vista. Por otro lado, la fabricación aditiva permite crear dispositivos con geometrías complejas y bajo peso, lo que proporciona menos limitaciones en el diseño. Esto permite el desarrollo de dispositivos con características avanzadas y la integración de los diferentes bloques de una cadena de radiofrecuencia en un único dispositivo, mejorando así las especificaciones del sistema y reduciendo su complejidad. Tanto la tecnología SIC como la fabricación aditiva son de gran interés para el sector espacial. Sin embargo, la aplicación de estas tecnologías en el agresivo entorno espacial aún no ha sido estudiada. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es precisamente investigar la aplicación de estas tecnologías al diseño de dispositivos de microondas para aplicaciones espaciales. Con este estudio, se busca obtener un mayor conocimiento de las capacidades y limitaciones de estas tecnologías en el contexto espacial, y así explorar su potencial para mejorar y optimizar los dispositivos utilizados en este tipo de sistemas. En primer lugar, se ha llevado a cabo una comparación de diferentes topologías de filtros implementados en tecnología SIC, los cuales han sido sometidos a pruebas ambientales que simulan las condiciones reales de operación en el espacio. En segundo lugar, se ha estudiado la aplicación de técnicas de fabricación aditivas al desarrollo de dispositivos de microondas. Para ello, se ha desarrollado un novedoso método de metalización y un sistema de integración de filtros de montaje superficial. Con estas tecnologías se han desarrollado una serie de filtros paso banda que han sido sometidos a pruebas de ambiente espacial, incluyendo: ciclado térmico, pruebas de vibración y test de efecto multipactor. Por último, se ha estudiado el uso de cristal líquido para agregar capacidades de reconfigurabilidad a dispositivos SIC. Se han analizado las características mecánicas y electromagnéticas de estos materiales mediante dos métodos de caracterización basados en elementos resonantes. Además, se ha desarrollado un demostrador tecnológico basado en la tecnología ESICL. / [CA] L'ús massiu dels sistemes de comunicacions sense fils i mòbils ha tingut un impacte significatiu en la nostra societat. Aquestes tecnologies han experimentat una àmplia adopció en el mercat, perquè s'han tornat totalment indispensables en el nostre dia a dia i han provocat un augment notable en la demanda de mobilitat i amplada de banda. Al seu torn, això ha portat a la ràpida aparició de nous sistemes de comunicació i a la progressiva saturació de l'espectre radioelèctric, la qual cosa comporta un constant augment en els requisits dels sistemes de radiofreqüència. Com a resultat, els dispositius que formen part d'aquests sistemes es veuen sotmesos a especificacions cada vegada més restrictives. Aquestes restriccions s'han vist fortament incrementades en les comunicacions espacials. Amb la finalitat de satisfer les creixents demandes dels sistemes sense fils, se cerca el desenvolupament de dispositius de comunicació que oferisquen altes prestacions a baix cost. Aquests dispositius també han de ser compactes, lleugers i fàcils d'integrar amb diverses tecnologies de guia d'ones (guies d'ones, cables coaxials i tecnologies planar). En resposta a aquestes necessitats, han sorgit dues soluciones tecnològiques: els circuits integrats en substrat (SIC) i la fabricació additiva (AM). La tecnología SIC permet combinar tecnologies de guiatge planars i no planars en un mateix sistema, la qual cosa resulta en unes prestacions híbrides. A més, ofereix una notable reducció de pes i una gran miniaturització i la seua naturalesa planar permet una integració no vista mai abans. D'altra banda, la fabricació additiva permet crear dispositius amb geometries complexes i baix pes, la qual cosa proporciona menys limitacions en el disseny. Això permet el desenvolupament de dispositius amb característiques avançades i la integració dels diferents blocs que conformen la cadena de radiofreqüència, que millora així les especificacions del sistema i en redueix la complexitat. Tant la tecnologia SIC com la de fabricació additiva són de gran interès per al sector espacial. Tanmateix, l'aplicació d'aquestes tecnologies en l'agressiu entorn espacial encara no ha sigut estudiada. Per això, l'objectiu principal d'aquesta tesi és investigar l'aplicació d'aquestes tecnologies en el disseny de dispositius de microones per a aplicacions espacials. A través d'aquest estudi, se cerca obtenir un major coneixement sobre les capacitats i limitacions d'aquestes tecnologies en el context espacial. En primer lloc, s'ha dut a terme una comparació de diferents topologies de filtres implementats en tecnologia SIC, els quals han sigut sotmesos a proves ambientals que simulen les condicions reals d'operació a l'espai. En segon lloc, s'ha estudiat l'aplicació de tècniques de fabricació additives al desenvolupament de dispositius de microones. Per a això, s'ha desenvolupat un nou mètode de metal·lització autocatalític i un sistema d'integració de filtres de muntatge superficial. Aquestes tecnologies s'han combinat per a desenvolupar una sèrie de filtres passabanda de muntatge superficial. Finalment, aquests filtres han sigut sotmesos a proves d'ambient espacial, incloent-hi: ciclatge tèrmic, proves de vibració i test d'efecte multipactor. Finalment, s'ha estudiat l'ús de cristall líquid per a agregar capacitats de reconfigurabilitat a dispositius de microones integrats en substrat. S'han analitzat les característiques mecàniques i electromagnètiques d'aquests materials mitjançant dos mètodes de caracterització basats en elements ressonants. A més, s'ha desenvolupat un demostrador tecnològic basat en la tecnologia ESICL. / [EN] The widespread use of wireless and mobile communication systems has had a significant impact on our society. These technologies have been widely adopted in the market, becoming essential in our daily lives and leading to a notable increase in the demand for mobility and bandwidth. Consequently, new communication systems are rapidly emerging, and the radio frequency spectrum is becoming increasingly crowded, resulting in continuously rising requirements for radio frequency systems. As a result, radio frequency devices are subjected to ever more stringent specifications. These restrictions are particularly heightened in space communications. To meet the growing demands of wireless systems, there is a need to develop communication devices that offer high performance at a low cost. Additionally, these devices should be compact, lightweight, and easily integrable with various waveguide technologies (waveguides, coaxial cables, and planar technologies). In response to these needs, two technological solutions have emerged: Substrate Integrated Circuits (SIC) and Additive Manufacturing (AM). SIC technology combines planar and non-planar guiding technologies in a single system, resulting in hybrid performance between both technologies. It significantly reduces weight and miniaturisation, and its planar nature allows for unprecedented integration. On the other hand, additive manufacturing enables the creation of devices with complex geometries and low weight, providing fewer design limitations. This allows for the development of devices with advanced features and the integration of different blocks of the radio frequency chain, thereby enhancing the performance of the entire system and reducing its complexity. Both SIC and AM are of great interest to the space sector. However, the application of these technologies in the harsh space environment has not been thoroughly studied. The main objective of this thesis is to investigate the application of these technologies in the design of microwave devices for space applications. This study aims to gain a deeper understanding of the capabilities and limitations of these technologies in the space context and explore their potential for improving and optimising devices used in such systems. The thesis first involves the design and comparison of different filter topologies implemented using SIC technology, which has been subjected to environmental tests simulating real space operation conditions. Secondly, the application of additive manufacturing techniques to the development of microwave devices has been studied. For this purpose, a novel metallisation method and a system for surface-mounted filter integration have been developed. These technologies were combined to develop a series of surface-mounted bandpass filters. Finally, these filters were subjected to space environmental tests, including thermal cycling, vibration tests, and multipactor effect tests. Lastly, the use of liquid crystal to add reconfigurability capabilities to substrate-integrated microwave devices has been investigated. The mechanical and electromagnetic characteristics of these materials have been analysed using two resonant element-based characterisation methods. Additionally, a technological demonstrator based on ESICL technology has been developed. / Nova Giménez, V. (2024). Development of Non-Conventional Microwave Devices Based on Substrate-Integrated Technology for Advanced Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202844