La tesis se centra en el desarrollo de metodos numéricos para simular la propagación del campo electromagnético en guías de onda, haciendo especial énfasis en la investigación de condiciones de frontera que permitan el flujo de las ondas radiadas hacia el exterior de la región de cálculo. Concretamente se hacen las siguientes aportaciones originales: en el método de Berénger se adapta la formulación al BPM y se demuestra su eficiencia para absorber las ondas radiadas en problemas de guias de onda; en la teoría de los operadores de Higdan se derivan las propiedades de reflexión de estos operadores en el espacio continuo y discreto, y se propone la modificación de los operadores cuando se utiliza en forumulación paraxial del BPM; en el Metodo de los Operadores Complementarios se demuestra en complementariedad de los operadores de Higdan y se demuestra su eficacia para eliminar las reflexiones artificiales que aparecen en la frontera de la region de calculo; se ha propuesto el Metodo de los Operadores Complementarios Extendido, que permite la cancelación adicional de las reflexiones de orden dos en determinados problemas. Para las condiciones de frontera anteriores se presenta un estudio comparativo, introduciendo varios experimentos numérica y de la eficiencia computacional. Con el objetivo de mostrar la utilización práctica de estos métodos numéricos en el proceso de diseño de un dispositivo, se propone el diseño de un sensor optico integrado, en tecnologia de silicio, para la medida de indices de refracción. El sensor se basa en la guía ARROW y utiliza la interferometría como técnica de deteción. Como novedad principal se introduce una capa de nitruro de silicio sobre la estructura ARROW, que permite un aumento notable de la sensibilidad.

Hasta la fecha las aplicaciones comerciales de microondas principalmente vienen utilizando filtros en guía de onda metálicos. Estos filtros tienen unas pérfidas de inserción muy reducidas en la banda de paso y sus costes de fabricación se consideran aceptables para las aplicaciones que los utilizan. Sin embargo, los filtros metálicos tienen restricciones significativas, especialmente cuando se diseñan para satélites de comunicaciones u otras aplicaciones espaciales, ya que su peso y tamaño suelen ser elevados muy a menudo y, debido a la falta de atmósfera, el efecto Multipactor limita considerablemente la potencia que dichos filtros pueden transmitir. Existen nuevas topologías de filtros en plano-H con resonadores dieléctricos que pueden reducir de manera notable el riesgo de ruptura por el efecto Multipactor entre las superficies metálicas, y consecuentemente el filtro podría transmitir una potencia mayor. Además, introducir dieléctricos en los filtros puede reducir su volumen y peso hasta la mitad del de los filtros metálicos; los dieléctricos también aumentan la estabilidad térmica de los filtros en aplicaciones de alta potencia; y algunas topologías (como los filtros de modo evanescente con dieléctricos) pueden mejorar notablemente el ancho de banda libre de espúrios. El objetivo general de esta Tesis es el desarrollo de una herramienta para el análisis de estas tipologías. La estrategia con la que se analiza el dispositivo consiste en dividirlo en bloques constitutivo simples; guías de onda vacías, discontinuidades entre guías y secciones de guías conteniendo poste metálico o dieléctrico. La matriz de dispersión generalizada (MDG) de cada poste se obtiene utilizando un método de análisis adecuado, y entonces todas las matrices se enlazan con una nueva y eficiente técnica iteractiva que proporciona la MDG global de toda la estructura. El análisis de las secciones vacías y de las discontinuidades entre guías está descrito sobradamente en la bibliografía, así pues la Tesis se centra en el análisis de las secciones de guía de onda que contienen los postes dieléctricos o metálicos, desarrollando una nueva técnica, precisa y eficiente, para el análisis de obstáculos cilíndricos en plano-H inmersos en una guía de onda rectangular. Este método se basa en un procedimiento de acoplo modal que adapta ondas de espacio abierto y ondas guiadas en un contorno circular que incluye las geometrías no canónicas. Puesto que el campo alrededor de los obstáculos se expande utilizando modos cilíndricos de espacio abierto, se puede obtener una solución completamente analítica y muy eficiente. Esta técnica se puede extender fácilmente a obstáculos en plano-H con geometrías arbitrarias utilizando un método numérico para caracterizar el obstáculo en términos de modos cilíndricos, esto conlleva una reducción significativa de la eficiencia numérica. Estas técnicas innovadoras se han utilizado para el análisis y diseño de varios filtros novedosos en plano-H, que se presentan en esta Tesis, con diferentes topologías que incluyen cilindros dieléctricos centrados y descentrados, así como dobles cilíndros dieléctricos. El comportamiento de estos filtros en términos de respuesta en frecuencia, ancho de banda libre de espurios y potencia transmitida sin riesgo de ruptura por efecto Multipactor, se ha evaluado con la herramienta de análisis y, en algunos casos, también con medidas hechas en filtros fabricados expresamente. / Bachiller Martín, MDC. (2010). Métodos híbridos para el análisis y diseño eficiente de filtros avanzados para sistemas de comunicaciones espaciales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8657 / Palancia

Los filtros de microondas son elementos clave en todos los sistemas de comunicaciones ya que permiten discriminar una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal que pasa a través de él. Si nos centramos en los filtros de microondas para aplicaciones vía satélite, el constante aumento de los servicios que deben prestar los satélites de comunicaciones ha llevado a que el espectro radioeléctrico esté más congestionado. Lo que ha producido una enorme demanda de filtros de altas prestaciones que satisfagan unas especificaciones muy estrictas. Hasta la fecha las aplicaciones comerciales de microondas principalmente vienen utilizando filtros en tecnología guiada compuestos únicamente de metal, debido principalmente a sus bajas pérdidas y a la gran capacidad de manejo de potencia. Como consecuencia, el análisis de este tipo de filtros ha sido objeto de numerosos estudios, lo que ha permitido a la industria del sector su fabricación y comercialización. Sin embargo, los filtros metálicos tienen restricciones significativas, especialmente cuando se diseñan para satélites de comunicaciones o otras aplicaciones espaciales, ya que su peso y tamaño suelen ser elevados muy a menudo y, debido a que operan en el vacío, el efecto Multipactor limita considerablemente la potencia que dichos filtros pueden transmitir. En la actualidad, están surgiendo nuevas tipologías de filtros avanzados basadas en la tecnología de filtros dieléctricos. Estas nuevas tecnologías ofrecen una reducción importante en masa y volumen de alrededor del 50% comparado con la tecnología solo metal y una gran estabilidad térmica para aplicaciones de alta potencia. Además, estas topologías muestran un descenso importante del riesgo de ruptura por efecto Multipactor o descarga en vacío entre las superficies metálicas, y consecuentemente el filtro podría transmitir una potencia mayor. / Morro Ros, JV. (2011). NUEVAS ESTRATEGIAS DE DISEÑO AUTOMATIZADO DE COMPONENTES PASIVOS PARA SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE ALTA FRECUENCIA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/12100 / Palancia

En este trabajo, se han desarrollado e implementado técnicas modales para la resolución de problemas en guía de onda, que son muy populares en la industria de las microondas por su capacidad de resistir altas potencias. El análisis modal de los campos en estructuras guiadas permite descomponer un dispositivo complejo en varios elementos más sencillos, que pueden ser analizados de forma separada con el método más apropiado en cada caso. Básicamente, las técnicas modales pueden dividirse en aquéllas que analizan uniones en guía, y las que calculan las características de propagación de una guía en concreto. Posteriormente, la aplicación del análisis circuital generalizado permite unir convenientemente estas estructuras. Se ha realizado un análisis de la bibliografía que aporta contribuciones en estos campos. Se han implementado las técnicas que se han considerado más eficientes para resolver los problemas concretos, generalizadas a guías N-furcadas, que son una extensión de las guías bifurcadas. En particular, se han realizado contribuciones en la teoría del método de los modos acoplado, para caracterizar guías de onda parcialmente rellenas sin restricciones. En casos en los que la geometría hacía imposible el tratamiento analítico, se ha recurrido a los elementos finitos de forma híbrida con las técnicas modales propuestas. Con estas herramientas, se han diseñado dispositivos de microondas y se ha validado su comportamiento acudiendo al análisis con otros simuladores. Se presenta también una sugerencia de líneas de continuación de este trabajo. / Pitarch Portero, JS. (2007). Modelado con técnicas modales de estructuras de microondas basadas en guías N-furcadas arbitrariamente rellenas con materiales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1986

[ES] Esta tesis aborda temas de especial interés en el diseño de antenas en la banda de milimétricas. Hui en dia, implementar components passius per a operar en la banda de mil·limètriques i assegurar el contacte i l'alineament metàl·lic apropiat entre peces, resulta un desafiament complex. Habitualment les línies de transmissió i les guies d'ones metàl·liques són les solucions adoptades, però en el primer cas es presenten pèrdues al ser solucions impreses i en el segon cas un mal contacte metàl·lic comporta fugues de camp. Per tant, s'estan explorant nous conceptes que solucionen estos problemes. La tecnología Gap Waveguide (GW) resulta adecuada ya que no requiere de contactos metálicos. En los últimos años han surgido las agrupaciones de antenas basadas en la tecnología Gap Waveguide y son un candidato prometedor para satisfacer algunas de las necesidades mencionadas. La tecnología GW ha demostrado ser atractiva para dispositivos de milimétricas porque permite redes de distribución completamente metálicas de una manera más simple que las guías de onda convencionales. Por tanto, estas redes tienen muy bajas pérdidas pero además son simples de fabricar. Esto es posible gracias a la capacidad de las GW de confinar de forma segura la propagación de ondas electromagnéticas por medio de una estructura que no requiere de contacto. Durante la última década, se han hecho avances importantes en la tecnología GW y en la literatura se pueden encontrar un buen número de antenas basadas en GW. Esta tesis va un paso más allá en la contribución de este tipo de antenas. Aquí, no solo se presentan antenas con polarización lineal, como suelen ser las desarrolladas hasta ahora, sino también con polarización dual, circular y duales en banda. Estas aportaciones son especialmente atractivas dentro del campo de las comunicaciones por satélite en movimiento (SATCOM on-the-move). Además, se han explorado nuevas redes de distribución que permiten antenas planas más compactas, más ligeras. / [CAT] Esta tesi aborda temes d'especial interés en el disseny d'antenes en la banda de mil.limètriques. Hui en dia, implementar components passius per a operar en longituds d'onda tan xicotetes (de l'orde de mil.límetres) i assegurar el contacte i l'alineament metàl-lic apropiat entre peces, resulta un desafiament complex. Habitualment les línies de transmissió i les guia d'ones metàl.liques són les solucions adoptades, però en el primer cas es presenten pèrdues al ser solucions impreses i en el segon cas un mal contacte metàl.lic comporta fugues de camp. Per tant, s'estan explorant nous conceptes que solucionen estos problemes. La tecnologia Gap Waveguide (GW) resulta adequada ja que no requerix de contactes metàl.lics. En els últims anys han sorgit les agrupacions d'antena basades en la tecnologia Gap Waveguide i són un candidat prometedor per a satisfer algunes de les necessitats mencionades. La tecnologia GW ha demostrat ser atractiva per a dispositius de banda d'ones mil-limètriques perquè permet xarxes de distribució completament metàl-liques d'una manera més simple que les guies d'onda convencionals. Per tant estes xarxes tenen baixes pèrdues peró, a més, són simples de fabricar. Açò és possible gràcies a la capacitat de les GW de confinar de forma segura la propagació d'ones electromagnètiques per mitjà d'una estructura que no requerix de contacte. Durant l'última dècada, s'han fet avanços importants en la tecnologia GW i en la literatura es poden trobar un bon nombre d'antenes basades en GW. Esta tesi va un pas més enllà en la contribució d'este tipus d'antenes. Ací, no sols es presenten antenes amb polarització lineal com solen ser les desenrotllades fins ara, sinó també antenes amb polarització dual, circular i inclús antenes duals en banda. Estes aportacions són especialment atractives dins del camp de les comunicacions per satèl.lit en moviment (SATCOM on-the-move). A més també s'han explorat noves xarxes de distribució que permeten obtindre antenes planes més compactes, més lleugeres. / [EN] This thesis deals with topics of special interest regarding the design of antennas at the mm-wave band. Today, implementing passive components that operate in the mm-wave band and to ensure the appropriate metallic contact is challenging. Commonly, conventional planar transmission lines and hollow metallic waveguides are the usual solutions but they present high losses or they do not ensure a good metallic contact. So, new concepts must be explored. Gap Waveguides (GWs), result suitably since they do not require metallic contact for shielding. Antenna arrays in Gap Waveguide Technology (GW) emerges as one promising candidate to naturally meet some of the mentioned needs. GW technology has demonstrated to be effective for mm-wave band devices because it enables full-metal distribution networks in a much simpler way than conventional waveguides. Very low distribution losses can be achieved preserving at the same time the assembly simplicity of multilayer microstrip feeding networks. This unique feature is a consequence of gap waveguides ability to safely confine the electromagnetic wave propagation through a contactless structure. During the last decade, there have been important advances in GW technology and a good number of gap waveguide-based arrays can be found in the literature. This thesis goes a step further in the contribution to mm-wave gap waveguide antennas. Here, antennas with linear polarization as well as circular or dual polarization are proposed. Dual band antennas has also been explored. These contributions have been carried out with a focus on satellite communications on-the-move. In addition, new distribution networks have also been explored to obtain more compact, low-profile and lighter antennas. / Ferrando Rocher, M. (2018). Gap Waveguide Array Antennas and Corporate-Feed Networks for mm-Wave band Applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115933 / TESIS

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el estudio, desarrollo, diseño y fabricación de nuevos componentes pasivos de microondas, tales como filtros y multiplexores que operen en las bandas de alta frecuencia de los actuales y futuros satélites de telecomunicación (bandas Ku, K y Ka) entre 12 y 40 GHz. Dichos componentes deben ser capaces de ofrecer tanto respuestas clásicas sencillas como avanzadas (elípticas), y presentar una capacidad de resintonización (tanto en términos de frecuencia central como de ancho de banda). Estos componentes darán solución a las necesidades actuales de los sistemas de comunicaciones espaciales, que requieren de mayores tasas de transmisión de datos (señales de mayor ancho de banda), así como de mayor flexibilidad en las frecuencias de operación, para ofrecer con un mismo dispositivo distintos servicios y prestaciones. Para ello, se proponen tanto modificaciones a las estructuras de filtros clásicos de microondas actuales, como la introducción de nuevas estructuras. Asimismo, también se investigará el uso de los tornillos de ajuste post-fabricación de los filtros como tornillos de sintonía metálicos, así como la posible introducción de tornillos de sintonía realizados con distintos materiales dieléctricos. Se pretende, de esta forma, mejorar las respuestas de los dispositivos actuales; reduciendo su tamaño y costes de producción (debido a la relajación de las tolerancias de fabricación), abaratando de esta forma la fabricación y futura operación de los mismos. Aprovechando estos nuevos dispositivos, se abordará también el diseño, fabricación y medida de componentes más complejos, como pueden ser los los diplexores de canal o los conmutadores con respuesta selectiva en frecuencia, todos ellos necesarios en los sistemas de comunicaciones espaciales y en íntima relación con los filtros previamente mencionados. Por último, el desarrollo de todos estos nuevos dispositivos vendrá acompañado de una metodología de diseño basado en el uso del Mapeo Espacial Agresivo (Aggressive Space Mapping, ASM) especialmente adaptado a los filtros en guía de onda. / [CA] La present tesis doctoral té com a objectiu el estudi, desenvolupament, diseny i fabricació de nous components pasius de microones, tals com els filtres i multiplexors que operen en les bandes d'alta freqüencia dels actuals i futurs satèl.lits de telecomunicació (bandes Ku, K i Ka) entre 12 i 40 GHz, Aquests components han de ser capaços d'oferir tant, respostes clàsiques sencilles com avançades (eliptiques), i que a més a més presenten una capacitat de resintonització (tant en termes de freqüència central com d'amplada de banda). Aquestos nous components pasius donaràn solució a les necesitats dels actuals sistemes espacials, que requereixen de majors taxes de transmissió de dades (senyals de major amplada de banda), així com de major flexibilitat en les frequencies de operació, per oferir en un mateix dispositiu distints serveis i prestacions. Per aquesta raó, es proposen tant modificacions a les estructures del filtres clàsics de microones actuals, com la introducció de noves estructures. Així mateix, també s'investigarà l'us dels tornells d'ajustament post-fabricació dels filtres com a tornells de sintonía metàl.lica i la introducció de tornells de sintonía realitzats amb diferents materials dielèctrics Es pretén, d'aquesta forma, la millora de les respostes del dispositius actuals; reduint la envergadura i els costos de producció (gràcies a la relaxació de les toleràncies de fabricació), abaratint d'aquesta forma la fabricació i futura operació dels filtres mateixos. Aprofitant aquestos nous dispositius es treballarà també en el disseny, fabricaçió i mesura de components més complexes, com poden ser els multiplexors de canal i els commutadors amb resposta selectiva en freqüencia, tots ells necessaris en els sistemes de comunicacions espacials i en íntima relació amb els filtres abans esmenats. Per analitzar, el desenvolupament de tots aquestos dispositius vindrà acompanyat d'una metodologia de disseny basada en l'us del Mapatge Espacial Agressiu (Aggressive Space Mapping, ASM), especialment adaptat als filtres en guia d'ona. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study, development, design and manufacture of new passive microwave components in waveguide technology, such as filters and multiplexers, that operate in the high frequency bands of current and future telecommunication satellite payloads between 12 and 40 GHz (Ku, K and Ka bands). The new solutions developed must other both classic and advanced (elliptical) responses, as well as the possibility of being reconfigured both in terms of center frequency and bandwidth. The motivation for this research is to address the current and future needs of space communication systems which require higher data rate transmission (that is larger bandwidths), as well as flexibility with respect to the operating frequency to dynamic adaptation to possible changes in user demands. In this context, we propose in this thesis alternative microwave filter structures in metallic waveguide, as well as novel solutions. We explore different approaches to adjust the filter performance, using both traditional metallic tuning screws as well as tuning elements made with dierent dielectric materials. We also advance the state-of-the-art by developing more performing Space Mapping procedures for the design, optimization and tuning of the filter structures that we propose. The objective is to improve the response of the devices and reduce, at the same time, their manufacturing time and costs. As a fundamental element of our work, in addition to theoretical developments, we also apply the findings of our research to the design, manufacture and measurement of a number of more complex components, such as diplexers and integrated switches and filters. They are practical devices to demonstrate the ability of the novel filters that we propose to satisfy the requirements of current and future advanced satellite payloads. / Ossorio García, J. (2021). Development of New Tunable Passive Microwave Components in Waveguide Technology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166100 / TESIS

En la realización de este trabajo se obtendrán las expresiones analíticas que permiten describir las propiedades acústicas de una red de elementos dispersivos en el interior de una guía de ondas, permitiendo así, obtener en el límite de homogenización los parámetros efectivos que caracterizan al metamaterial y la verificación experimental de las propiedades acústicas del metamaterial. Matemáticamente este problema se tratará con la teoría de la dispersión múltiple, ya que las geometrías a tratar en este trabajo van a ser cilíndricas y dicha teoría se ha demostrado ser la mas efectiva para esos casos y usando la técnica de ¿mode matching ¿para la resolución general del problema de la dispersión de campo acústico en el interior de una guía de ondas. / Graciá Salgado, R. (2014). Diseño y caracterización de metamateriales acústicos basados en guías de onda [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38759 / TESIS