Magíster en Ingeniería Eléctrica / El proyecto astronómico ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, es el radiobservatorio interferométrico más grande del mundo. Se compone de 66 antenas con diámetros de 7 y 12~m, ubicadas en el norte de Chile a una altitud de 5000~m sobre el nivel del mar. Su excelente localización y tecnología proveerán sensibilidad y resolución sin presedentes para el estudio de los origenes del universo, formación y evolución de galaxias, estrellas, planetas y la compleja química del medio interestelar. Por ello, ALMA constituye un gran desafío en diversas áreas de la ciencia y la tecnología. En esta tesis se presenta el diseño, contrucción y caracterización del sistema óptico para el receptor heterodino de la Banda 1 de ALMA. Este sistema combina una serie de exigentes especificaciones técnicas, limitaciones de construcción y restricciones de costo que requieren equilibrarse. El sistema debe cubrir el rango de frecuencia entre 35-50 GHz (con el objetivo de extenderlo hasta 52 GHz) sin ninguna sintonización mecánica, lograr un eficiencia de apertura para toda la banda que supere el 80%, poseer una apertura de polarización superior a 99.5%, incluir en torno a 10 K de ruido, poseer un error de alineamiento menor a 5~mrad respecto a la posición nominal y no debe interferir con los dispositivos ya existentes. Además, el sistema debe ser compatible para las antenas de 7 y 12 m, que poseen un ángulo de iluminación distinto al secundario. El sistema óptico consiste en una antena tipo bocina compacta corrugada, una membrana de gore-tex y membrana ranurada de teflón como filtros de las etapas de 15 y 110 K, respectivamente, y un lente con zona biconvexo fabricado de polietileno que incluye corrugaciones como capa anti-reflectora. Está tesis se enfoca en la antena tipo bocina y el lente. El proceso de diseño de los dipositivos se realizó de manera iterativa, por lo que dos modelos de antenas tipo bocina y tres lentes de una zona son presentados. El diseño de las antenas consistió en determinar las características necesarias del patrón radiativo utilizando modelos cuasiópticos. Luego se optimizó su perfil utilizando ténicas de adaptación modal y algoritmos genéticos. El procedimiento de diseño de lentes fue similar al utilizado para la bocina. Primero, se consideraron como parámetros iniciales los valores calculados mediante el modelo quasioptico y luego se realizaron análisis de sensibilidad utilizando la ténica de método de los momentos y método de elementos finitos. El mejor sistema en simulación corresponde a la segunda versión de la antena y la tercera del lente. Este sistema cumple totalmente las especificaciones mencionadas, logrando eficiencias de apertura mejores que 80.4% para toda la banda. La temperaturas de ruido promedio calculada es de 10.4 K, donde el lente presenta la mayor contribución con aproximadamente 7 K. Además, el sistema es compatible para la antena de 7 y 12 m, si el lente se desplaza 5.66 mm hacia el centro del criostato en la configuración de 7 m, con degradaciones en eficiencia de apertura menores a 0.5%. Por último se presentan dos sistemas caracterizados, correspondientes a la primera antena más la primera o segunda lente, pues al momento de escribir esta tesis, el resto de dispositivos se encontraban en construcción. El mejor sistema medido poseen eficiencias de apertura mejores que 79.2% en excelente concordancia con las simulaciones. Además, se han identificado algunas fuentes de error que poseen las mediciones, incluyendo errores en alineamientos y cambios de fase por temperatura.

Objetivos específicos del trabajo de tesis: • Analizar y caracterizar antenas reflectoras para uso en ondas milimétricas para haces múltiples asimétricos. • Considerar superficies con geometrías especiales para haces múltiples, determinando sus modelos matemáticos. • Estudio de nuevas técnicas de medida para caracterizar topografía de superficies reflectoras, aplicando metrología en disciplinas ópticas. • Análisis de métodos experimentales no invasivos de medidas de superficies de antenas en condiciones ambientales cambiantes y su implicancia en los parámetros radiométricos. • Evaluar alimentadores principales y estudiar el comportamiento con haces múltiples asimétricos. • Realizar el análisis y estudio de la geometría de la pisada de antenas en vehículos aerotransportables o satélites y su vinculación con las características radiométricas de la antena. • Efectuar análisis comparativos de las simulaciones y medidas, validación de los modelos matemáticos propuestos en antenas con haces múltiples asimétricos.

Orientador: Attilio Jose Giarola / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engeharia eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T09:20:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LimaJunior_IvanTorres_M.pdf: 1789299 bytes, checksum: 159bcae7972238535d672c1be410c12d (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho analisa as características de propagação da onda eletromagnética e a seletividade em freqüência de grades dielétricas com periodicidade em duas dimensões, tendo em vista a aplicação destas como superfícies dicróicas na faixa de ondas milimétricas. Na formulação deste trabalho inicialmente são obtidas as constantes de propagação dos modos ao longo da direção transversal à periodicidade através da obtenção das soluções possíveis de dois sistemas de equações lineares; estes são constituídos pelas equações integrais formadas pela utilização da função diádica de Green do espaço livre e pela utilização do teorema da corrente volumétrica equivalente induzida, que é associada a uma expansão adequada do campo elétrico no interior do dielétrico. Após a determinação destes, que se caracterizam como os autovalores, as autofunções podem ser obtidas a partir da resolução dos sistemas de equações lineares homogêneas. Estas autofunções caracterizam o campo elétrico no interior do dielétrico, a partir do qual se pode construir o vetor potencia) de Hertz para a caracterização da distribuição dos campos no interior das células. Uma vez conhecida a distribuição dos campos em uma estrutura infinita, a obtenção dos coeficientes de transmissão e reflexão em grades periódicas, constituídas por estas estruturas, podem ser obtidas com a aplicação da continuidade dos componentes tangenciais dos campos elétricos e magnéticos nas fronteiras entre a camada periódica e as camadas homogêneas que a envolvem / Abstract: This work analyzes the propagation characteristics of electromagnetic waves and the frequency selectivity of dielectric gratings with periodicity in two dimensions, having in mind their applications as dichroic surfaces in the millimeter wave band. In the formulation of this work, the propagation constants of the modes along the direction transverse to the periodicity, are initially obtained by searching for the possible solutions of two systems of linear equations. These equations result from the integral equations formed by utilizing the free space dyadic Green function and the equivalent induced volume current theorem, associated to an adequate electric field expansion inside the dielectric. After the evaluation of these solutions, that are characterized as the eigenvalues, the eigenfunctions may be obtained from the solution of the systems of homogeneous and linear equations. These eigenfuncions characterize the electric field inside the dielectric, and are used to construct the Hertz vector potential and the field distribution inside each cell. Once the field distribution in the infinite structure is known, the transmission and reflection coefficients in periodic gratings, consisting of these structures, may be obtained with the application of the continuity condition of the tangential components of the electric and magnetic fields at the interfaces between the periodic layer and surrounding homogeneous layers / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Attilio Jose Giarola / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-18T23:45:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_HumbertoCesarChaves_D.pdf: 4882317 bytes, checksum: 0e4d7ede4d76f61d9700c3fd7a05d85a (MD5) Previous issue date: 1984 / Resumo: O principal objetivo desta tese consiste na caracterização de novas e modernas estruturas de microondas, as "Linhas de Lâminas" ou "Fin Lines". Estas estruturas são compostas de linhas de fitas ou microfitas adaptadas no plano-E de pequenos guias retangulares de ondas milimétricas. As linhas de lâminas são muito importantes em comunicações, pois além de poderem ser utilizadas numa faixa de frequências muito grande, da ordem de 15 GHz a 300 GHz, não apresentam vários problemas existentes em microfitas nas frequências mais altas. São também usadas na fabricação de quase todos os dispositivos de microondas nestas frequências, tais como filtros, acopladores, etc., incluindo dispositivos híbridos de estado s6lido,a bai xo custo e pequenas dimensões. Neste trabalho, estudos foram desenvolvidos para analisar as seguintes novas estruturas: a) Linhas de Lâminas Unilaterais com uma camada dielétrica localizada arbitrariamente no plano-E do guia de ondas; b) Linhas de Lâminas Unilaterais com duas camadas dielétricas justapostas e com localizações arbitrárias no plano-E; c) Linhas de Lâminas Unilaterais com duas camadas dielétricas em lados opostos e localizações arbitrárias; d) Linhas de Lâminas Bilaterais uni-dielétrica com localização arbitrária; e) Linhas de Lâminas Bilaterais contendo duas camadas dielétricas justapostas e internas às lâminas localizadas arbitrariamente no plano-E do guia de ondas milimétricas, e f) Linhas de Lâminas Trilaterais. O método principal de análise utilizado, consiste em usar o eficiente conceito da Linha de Transmissão Equivalente, no domínio espectral da transformada de Fourier, através do poderoso método dos momentos. Um outro método igualmente eficiente também foi desenvolvido, baseando-se nas expansões dos campos elétricos e magnéticos, por meio de funções potenciais, no domínio espectral. Este método contudo, conduz i cálculos mais extensos do que o anterior, para estruturas mais complexas. Neste processo, obtém-se as transformadas de Fourier das funções diádicas de Green, e também aplica - se o método dos momentos. Vários resultados são obtidos para a constante dielétrica efetiva de todas as estruturas citadas, e também para a impedância característica de várias delas, através da elaboração de programas computacionais. Uma grande eficiência e rapidez computacional foi verificada, confirmando a eficácia dos métodos desenvolvidos nesta tese / Abstract: The main objective of this thesis is to characterize various configurations of the new and modern microwave structures known as Fin Lines. These structures are obtained by placing strip or microstrip lines along the E-plane of rectangular millimeter waveguides. Fin Lines are very important in communications because, in addition to their possible use in a wide frequency range, extending from 15 GHz to 300 GHz, they do not have some of the limitations observed at the higher frequencies by microstrip lines. Most of the microwave devices that use strip or microstrip lines at lower frequencies, such as filters, couplers, dividers, etc, including hybrid solid state devices, may be constructed with fin lines, with reasonably small dimensions and at a low cost. In the present work studies were developed to analyze the following new structures: a) Unilateral Fin Lines witll a single dielectric layer arbitrarily located in the E-plane of the waveguide; b) Unilateral Fin Lines with two adjacent dielectric layers, arbitrarily located in the E-plane of the waveguide, c) Unilateral Fin Lines with two dielectric layers oppositely located with respect to the metal fin and arbitrarily lacated in the E-plane of the waveguide, d) Bilateral Fin Lines with a single dielectric layer arbitrarily located in the E-plane of the waveguide, e) Bilateral Fin Lines with twa adjacent dielectric layers between the two metal fins and arbitrarily located in the E-plane af the waveguide, and f) Trilateral Fin Lines. For most of the analysis, the efficient equivalent transmission line method in the spectral domain of the Faurier transform through the powerful moment method was used. Another method, equally efficient and based in the expansion of the electric and magnetic fields by means of potential functions in the spectral domain has also been developed. However, this method leads to more extensive calculations than the previous one when used in more complex structures. In this method the Fourier transform of the dyadic Green's functions are obtained and the moment method is also used. Various results were obtained of the effective dielectric constant for all the structures considered here and of the characteristic impedance of a few of them by means of a digital computer program in a DEC-l0 system. A high computational velocity and efficiency were observed, confirming the efficacy of the methods developed in this thesis / Doutorado / Doutor em Ciências

Ingeniero Civil Electricista / El constante desarrollo de nuevos servicios asociados a las telecomunicaciones, como por ejemplo, dar soporte a redes de monitoreo de salud, ha provocado la necesidad de aumentar la velocidad de intercambio de datos, particularmente en lo referido a redes inalámbricas. Producto de esta necesidad, se ha comenzado a trabajar con frecuencias cercanas a los 60 GHz debido a que son bandas no licenciadas y capaces de proveer altas tasas de transmisión de datos utilizando técnicas simples de multiplexación. Sin embargo, al trabajar con altas frecuencias, sólo se puede lograr distancias de transmisión del orden de las decenas de metros, por lo que son ideales para implementar redes inalámbricas de área personal (WPAN). Sin embargo, la utilización de estas frecuencias hace necesario contar con un protocolo MAC que pueda aprovechar de mejor manera los beneficios que ellas entregan a las redes inalámbricas. Para enfrentar el problema descrito, el propósito de esta memoria es diseñar un protocolo de acceso inalámbrico, orientado a redes de ondas milimétricas, que sea capaz de maximizar el ancho de banda total de la WPAN, disminuir las latencias en las conexiones en la red y proveer soporte a la administración eficiente de la energía que consumen los equipos en los nodos. El protocolo propuesto es el Process-Stacking Multiplexing Access (PSMA), el cual distribuye el uso de un único canal de transmisión de datos mediante una multiplexación en el tiempo, reservando uso de canal a medida que los equipos que integran la red requieran usarla, asignando a cada uno de ellos un tiempo variable de utilización del canal, dependiendo de la cantidad de datos que requiera ser transmitida. Utilizando este mecanismo, PSMA se asegura de que el canal de transmisión no se deje de usar mientras existan procesos que lo requieran. El principal resultado obtenido fue que PSMA, en el mejor de los casos, puede lograr un rendimiento n veces superior a la multiplexación por división de tiempo (TDMA), donde n es el número de nodos en el WPAN, y en peor de los casos, obtiene un rendimiento similar. Otro resultado destacable se refiere a la capacidad para lograr un manejo eficiente de la energía en equipos que utilizan dispositivos energy harvesting (EHD), logrando incluso auto-sustentabilidad energética, dependiendo de la potencia que entregue el EHD y de la tasa de transmisión dispuesta a sacrificar. Los resultados recién expuestos fueron presentados y aceptados en dos conferencias internacionales y actualmente existe una publicacion que se encuentra en proceso de revisión en el IEEE Journal on Selected Areas in Communications. Como trabajo futuro se propone implementar el protocolo PSMA en un field-programmable gate array (FPGA), el cual controlará el flujo de información a través de la antena a nivel de capa MAC. El backbone de esta red estará compuesto de equipo de fibra óptica ya que requiere una alta tasa de transferencia de datos para poder aprovechar el gran ancho de banda que la tecnología milimétrica puede ofrecer.

Dentro de la aplicación de circuitos MMICs a redes conformadoras de haces para agrupaciones desfasables, se han modelado los errores aleatorios, combinados con los de cuantificación, para desfasadores digitales, incluyendo el efecto de diferentes niveles de calibración. Se ha aplicado el modelado anterior al análisis de la utilización de ponderación no binaria en los pesos de los dígitos de un desfasador digital variable, demostrando su robustez frente a las incertidumbres de los pesos de los diferentes dígitos, estableciéndose el rango de viabilidad de la ponderación no binaria, en comparación con ponderación binaria convencional. En cuanto a las agrupaciones multihaz se han recopilado algoritmos aplicables a la optimización de redes conformadoras que realicen la implementación analógica de la transformada discreta de Fourier para agrupaciones unidimensionales y bidimensionales, tanto con distribución rectangular a como hexagonal en los dominios espacial y frecuencial. Se han obtenido criterios de eficiencia a la hora de diseñar el conformador mediante tecnologías monolíticas y multicapa; demostrándose la viabilidad de la utilización de circuitos monolíticos simples como celdas básicas de redes conformadoras de haces para antenas multihaz de banda estrecha, estableciendo las prestaciones y limitaciones de la misma. Por lo que respecta a la tecnología fotónica, se ha caracterizado completamente un nuevo tipo de línea del periodo. Además se ha introducido una nueva arquitectura de red óptica conformadora de haces, basada en la utilización de una red de difracción con variación lineal del periodo, como elemento común de obtención de los retardos de los elementos. Todos los conceptos presentados en esta Tesis han sido demostrados mediante la fabricación y medida de los diversos componentes monolíticos y fotónicos introducidos / Corral González, JL. (1998). Aplicación de nuevas tecnologías monolíticas y fotónicas a redes conformadoras de haces en agrupaciones de antenas para bandas de microondas y ondas m [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4265

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-07T18:53:34Z No. of bitstreams: 1 TELES DE SALES BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2017..pdf: 20064982 bytes, checksum: 40cc1a5d9429d5090373078fb560639d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-07T18:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TELES DE SALES BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2017..pdf: 20064982 bytes, checksum: 40cc1a5d9429d5090373078fb560639d (MD5) Previous issue date: 2017-12-21 / Capes / Os Sistemas de Comunicações móveis sem fio estão em uma crescente em relação a demanda por infraestrutura de comunicação, explicado pelo aumento do fornecimento de serviços aos usuários nas últimas décadas. Um dos recursos que está em escassez é o uso da banda, em que diversas técnicas tentam reutilizá-la, na tratativa de aumentar a disponibilidade de uso do espectro. Uma das opções de expansão do espectro, e consequentemente dos atuais serviços de redes móveis é o uso de outras faixas do espectro eletromagnético, que ainda não eram utilizadas nas comunicações móveis, como as ondas milimétricas. As comunicações que operam nas faixas de ondas milimétricas enfrentam obstáculos técnicos, como a necessidade de evolução de equipamentos específicos, problemas de cobertura e o quanto esses aspectos afetam a Qualidade de Serviço (QoS), em resumo, a viabilidade da comunicação requer uma avaliação cuidadosa. Há receio de que comunicações por ondas milimétricas sejam muito menos favoráveis que o uso de espectros mais usuais, principalmente nos problemas relacionados a cobertura. Projetistas de redes contam com diversas ferramentas para prever as características do ambiente, com o intuito de prever dificuldades na cobertura de sinal, para isso, fazem uso de modelos de previsão de perdas. Neste trabalho foi realizado um estudo sobre os problemas de cobertura e propagação de ondas milimétricas em ambientes urbanos fechados, sendo um prédio de escritórios e um shopping center. Para tanto, foram utilizados diversos modelos de previsão de perdas, a partir dos quais foi possível identificar que mesmo com o uso de modelos de perdas recomendados para ondas milimétricas, a minimização dos erros na predição é pequena, e comparada com modelos genéricos. / Wireless Mobile Communications Systems are on the rise in demand for resources, explained by the increased provision of services to users over the past few decades. One of the resources that is in shortage is the use of the band, in which several techniques try to reuse it, in the attempt to increase the availability of use of the spectrum. One of the options for spectrum expansion, and consequently of current mobile network services, is the use of other bands in the electromagnetic spectrum that were not yet used in mobile Communications such as millimeter waves. Communications that operate in the millimeter wave bands face technical obstacles, such as the need to evolve specific equipment, coverage problems and how these aspects affect Quality of Service, in short, the viability of communication requires a careful evaluation. There are fears that millimeter-wave Communications are far less favorable than the use of more usual spectra, especially in coverage-related problems. Network designers rely on several tools to predict the characteristics of the environment, in order to predict difficulties in signal coverage. For this, they use loss prediction models. In this work was carried out a study on the problems of coverage and propagation of millimeter waves in closed urban environments, being an office building and a shopping center. For this, several loss prediction models were used, through which we can identify that even with the use of recommended loss models for millimeter waves, the minimization of prediction errors is small, and compared with generic models.

Este trabalho, realizado junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) pertencente ao Laboratório de Microeletrônica (LME) da Universidade de São Paulo, teve como objetivo correlacionar algumas propriedades físico-químicas de filmes finos de Ba1-XSrxTiO3 (BST), obtidos pela técnica de pulverização catódica reativa (sputtering), com os parâmetros de deposição, visando a fabricação de defasadores inteligentes operando em 60 GHz. Propriedades como cristalinidade e composição química foram estudadas e relacionadas com o tipo de substrato sobre o qual os filmes finos de BST foram depositados, e com os diversos parâmetros de deposição variados. Foi observada uma forte influência dos parâmetros de deposição, principalmente da temperatura e do tipo de substrato, na cristalinidade dos filmes. Os filmes depositados sobre cobre são mais cristalinos do que aqueles depositados sobre Si. Já a composição química dos filmes não variou significativamente, mantendo-se próxima à do alvo de sputtering utilizado, independentemente do substrato ou das condições de deposição. As propriedades elétricas dos filmes fabricados foram extraídas de capacitores de placas paralelas construídos utilizando o BST como dielétrico linear. As curvas de capacitância vs tensão a 1 MHz destes capacitores permitiram determinar uma variação de tunabilidade de até 44 %, para uma permissividade elétrica relativa de 310, valores estes compatíveis com aqueles encontrados na literatura. As propriedades elétricas dos filmes produzidos permitiram projetar um defasador de 1,3 mm2, com uma figura de mérito de 30º/dB para uma defasagem de 360º. / This work, performed at the New Materials and Devices Group (GNMD) of the Microelectronics Laboratory of the Polytechnic School of the University of São Paulo, has the objective to correlate reactive sputtered-BST thin films to its deposition parameters, aiming to produce a 60 GHz tunable phase shifter. Thin film crystallinity and stoichiometry were correlated with sputtering deposition parameters and the type of substrate. A strong influence of the sputtering parameters was observed on BST crystallinity, mainly the temperature and the type of substrate. Thin films on copper are more crystalline than on Si (100). The stoichiometry, on the other hand, did not change as function of the deposition parameters or the substrate in both cases. The thin films electrical properties were obtained by capacitance vs voltage measurements, with the BST as linear dielectric of a parallel plate capacitor. The capacitors 1 MHz C-V characterization showed tunabilities as high as 44%, for an electrical permittivity of 310. These properties allowed a phase shifter project, resulting a 1,3 mm2 device with a figure of merit of 30 º/dB for 360 º phase shift.

Este trabalho, realizado junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) pertencente ao Laboratório de Microeletrônica (LME) da Universidade de São Paulo, teve como objetivo correlacionar algumas propriedades físico-químicas de filmes finos de Ba1-XSrxTiO3 (BST), obtidos pela técnica de pulverização catódica reativa (sputtering), com os parâmetros de deposição, visando a fabricação de defasadores inteligentes operando em 60 GHz. Propriedades como cristalinidade e composição química foram estudadas e relacionadas com o tipo de substrato sobre o qual os filmes finos de BST foram depositados, e com os diversos parâmetros de deposição variados. Foi observada uma forte influência dos parâmetros de deposição, principalmente da temperatura e do tipo de substrato, na cristalinidade dos filmes. Os filmes depositados sobre cobre são mais cristalinos do que aqueles depositados sobre Si. Já a composição química dos filmes não variou significativamente, mantendo-se próxima à do alvo de sputtering utilizado, independentemente do substrato ou das condições de deposição. As propriedades elétricas dos filmes fabricados foram extraídas de capacitores de placas paralelas construídos utilizando o BST como dielétrico linear. As curvas de capacitância vs tensão a 1 MHz destes capacitores permitiram determinar uma variação de tunabilidade de até 44 %, para uma permissividade elétrica relativa de 310, valores estes compatíveis com aqueles encontrados na literatura. As propriedades elétricas dos filmes produzidos permitiram projetar um defasador de 1,3 mm2, com uma figura de mérito de 30º/dB para uma defasagem de 360º. / This work, performed at the New Materials and Devices Group (GNMD) of the Microelectronics Laboratory of the Polytechnic School of the University of São Paulo, has the objective to correlate reactive sputtered-BST thin films to its deposition parameters, aiming to produce a 60 GHz tunable phase shifter. Thin film crystallinity and stoichiometry were correlated with sputtering deposition parameters and the type of substrate. A strong influence of the sputtering parameters was observed on BST crystallinity, mainly the temperature and the type of substrate. Thin films on copper are more crystalline than on Si (100). The stoichiometry, on the other hand, did not change as function of the deposition parameters or the substrate in both cases. The thin films electrical properties were obtained by capacitance vs voltage measurements, with the BST as linear dielectric of a parallel plate capacitor. The capacitors 1 MHz C-V characterization showed tunabilities as high as 44%, for an electrical permittivity of 310. These properties allowed a phase shifter project, resulting a 1,3 mm2 device with a figure of merit of 30 º/dB for 360 º phase shift.

[ES] En años recientes, el tráfico de datos a nivel mundial está creciendo significativamente. Debido a esto, los nuevos sistemas de telecomunicaciones buscan incrementar las velocidades de transmisión con amplia área de cobertura. Para los retos mencionados, las lentes y sus variantes son soluciones prometedoras. Las lentes tienen propiedades interesantes porque generalmente poseen bajas pérdidas y una gran directividad, que son los requisitos básicos que deben cumplir las antenas para estos nuevos sistemas de comunicaciones. El objetivo de esta tesis es proponer el uso de la Teoría de Modos Característicos para facilitar el diseño, la optimización y el análisis de lentes metálicas con alta ganancia sobre un gran ancho de banda, manteniendo un tamaño compacto en la estructura. El análisis mediante la Teoría de Modos Característicos se ha utilizado como punto de partida para evaluar el comportamiento modal y proporcionar una visión física de las características de radiación de la estructura metálica en un determinado rango de frecuencias. En este trabajo se realiza un estudio de los modos característicos de los principales cuerpos geométricos regulares con simetría de revolución, para ver su potencial en cuanto a ser empleados en el diseño de las lentes metálicas. Específicamente, se investiga la significancia modal, el ángulo característico y la contribución de cada modo a la potencia radiada total cuando incide una onda plana en el cuerpo conductor. Utilizando la información proporcionada por los autovalores, se optimiza la forma y el tamaño de la estructura metálica. Adicionalmente, se selecciona la estructura de alimentación óptima que permita excitar el modo deseado en la estructura. Seguidamente, se propone un método alternativo para el cálculo del punto focal de la estructura metálica. Además, en esta tesis se estudian los alimentadores de lentes más importantes que se han desarrollado en los últimos años y se proponen dos alimentadores prácticos con un bajo nivel de polarización cruzada, para operar en las banda de frecuencias de microondas y milimétricas. Al estudiar las lentes, se comienza comparando y describiendo las técnicas más utilizadas en el diseño de estas estructuras. Seguidamente, se aplica la Teoría de Modos Característicos para el diseño de diversos tipos de lentes metálicas. En primer lugar, se analiza las corrientes modales en diversas estructuras metálicas, para luego con esta información diseñar lentes de bajo perfil. Luego se aplica el mismo enfoque para antenas con estructuras de una sola capa, que tienen dimensiones físicas más grandes. Posteriormente, se estudia y diseña una lente metálica de dos capas, y se analizan diversas combinaciones de estructuras metálicas para conseguir mayor directividad en la antena. Además, se diseña una lente metálica de tres capas y una antena de una sola capa con doble alimentación. Finalmente, se propone una lente para una estación base dual en polarización y con posibilidad de obtener hasta cuatro modos de radiación ortogonales. En el último capítulo de esta tesis, se presentan los prototipos y se evalúan las prestaciones de las siguientes antenas: La lente de una capa formada por un anillo metálico central rodeado por un rodeado por un conjunto de ocho anillos pequeños, la antena formada por dos anillos de diferente diámetro distribuidos en dos capas, una nueva lente de bajo perfil formada por doce anillos metálicos distribuidos en una sola capa y dispuestos a lo largo de un círculo y una lente de bajo perfil formada por dos anillos con tiras metálicas cortocircuitando ambos anillos. En esta parte, se describen las principales medidas realizadas de ganancia, eficiencia y polarización cruzada de las lentes mencionadas. Los diseños son verificados, consiguiendo muy buenos resultados de ganancia en un amplio ancho de banda, validando de esta manera la técnica propuesta. / [CA] En anys recents, el tràfic de dades a nivell mundial està creixent significativament. A causa d'això, els nous sistemes de telecomunicacions busquen incrementar les velocitats de transmissió amb àmplia àrea de cobertura. Per als reptes esmentats, les lents i les seues variants són solucions prometedores. Les lents tenen propietats interessants perquè generalment posseeixen baixes pèrdues i una gran directivitat, que són els requisits bàsics que han de complir les antenes per a aquests nous sistemes de comunicacions. L'objectiu d'aquesta tesi és proposar l'ús de la Teoria de Modes Característics per a facilitar el disseny, l'optimització i l'anàlisi de lents metàl·liques amb alt guany sobre una gran amplada de banda, mantenint una grandària compacta en l'estructura. L'anàlisi mitjançant la Teoria de Modes Característics s'ha utilitzat com a punt de partida per a avaluar el comportament modal i proporcionar una visió física de les característiques de radiació de l'estructura metàl·lica en un determinat rang de frequències. En aquest treball, es realitza un estudi dels modes característics dels principals cossos geomètrics regulars amb simetria de revolució, per a veure el seu potencial quant a ser emprats en el disseny de les lents metàl·liques. Específicament, s'investiga la significança modal, l'angle característic i la contribució de cada mode a la potència radiada total quan incideix una ona plana en el cos conductor. Utilitzant la informació proporcionada pels autovalors, s'optimitza la forma i la grandària de l'estructura metàl·lica. Adicionalment, se selecciona l'estructura d'alimentació òptima que permeta excitar el mode desitjat en l'estructura. Seguidament, es proposa un mètode alternatiu per al cálcul del punt focal de l'estructura metàl·lica. A més, en aquesta tesi s'estudien els alimentadors de lents més importants que s'han desenvolupat en els últims anys, i es proposen dos alimentadors pràctics amb un baix nivell de polarització creuada, per a operar en les banda de frequències de microones i mil·limètriques. En estudiar les lents, es comenca comparant i descrivint les tècniques més utilitzades en el disseny d'aquestes estructures. Seguidament, s'aplica la Teoria de Modes Característics per al disseny de diversos tipus de lents metàl.liques. En primer lloc, s'analitzen els corrents modals en diverses estructures metàl.liques, per a després amb aquesta informació dissenyar lents de baix perfil. Després s'aplica el mateix enfocament per a antenes amb estructures d'una sola capa, que tenen dimensions físiques més grans. Posteriorment, s'estudia i dissenya una lent metàl.lica de dues capes, i s'analitzen diverses combinacions d'estructures metàl·liques per a aconseguir major directivitat en l'antena. A més, es dissenya una lent metàl·lica de tres capes i una antena d'una sola capa amb doble alimentació. Finalment, es proposa una lent per a una estació base dual en polarització, i amb possibilitat d'obtindre fins a quatre modes de radiació ortogonals. En l'últim capítol d'aquesta tesi, es presenten els prototips i s'avaluen les prestacions de les seguents antenes: Una lent metàl·lica d'una capa formada per un anell metàl·lic central envoltat per un conjunt de huit anells xicotets, una antena formada per dos anells de diferent diàmetre distribuits en dues capes, una nova lent de baix perfil formada per dotze anells metàl·lics distribuits en una sola capa i disposats al llarg d'un cercle, i una lent de baix perfil formada per dos anells amb tires metàl·liques curtcircuitant tots dos anells. En aquesta part, es descriuen les principals mesures realitzades de guany, eficiència i polarització creuada de les lents esmentades. Els dissenys són verificats, aconseguint molt bons resultats de guany en una àmplia amplada de banda, validant d'aquesta manera la tècnica proposada. / [EN] In recent years, the worldwide data traffic is increasing significantly. Consequently, the new telecommunications systems seek to increase the data transmission rate with a wide coverage area. To cope with these challenges, lens antennas and their variants are promising solutions. Lenses have interesting properties because they have generally low losses and great directivity, which are the basic requirements that antennas must satisfy for these new communications systems. The aim of this thesis is to propose the use of the Theory of Characteristic Modes to facilitate the design, optimization and analysis of metallic lenses with high gain in a large bandwidth, achieving a compact size for the structure. The analysis with the Theory of Characteristic Modes has been used as a starting point to evaluate the modal behavior and provide a physical insight of the radiation characteristics of the metallic structure in a certain frequency range. In this work, a study of the characteristic modes of the main regular geometric objects with symmetry of revolution is carried out, to investigate its potential to be employed in the design of the metallic lenses. Specifically, the modal significance and characteristic angle is investigated, along with the contribution of each mode to the total radiated power when illuminating the conducting body by a plane wave. Using the information considered by the eigenvalues, the shape and size of the metallic structure is optimized and the optimal feeding is determined, which allows to excite the desired mode in the structure. Then, an alternative method is proposed to calculate the focal point of the metallic structure. Furthermore, in this thesis we study the most important lens feeders that have been developed in recent years, and two practical feeders with low cross polarization level are proposed to operate in microwave and millimeter-wave frequencies. When studying the lenses, we begin to compare and describe the techniques most used in the design of these structures. Then, the Theory of Characteristic Modes is applied to the metallic lenses design. First, the modal currents are analyzed in various metallic structures, and then this information is used to design low profile lenses. The same approach is then applied to antennas with single-layer structures, which have larger physical dimensions. Subsequently, a two-layer metallic lens is studied and designed, and various combinations of the metallic structures are analyzed to achieve greater directivity. In addition, a three-layer metallic lens and a single-layer antenna with double feeder are designed. Finally, a lens is proposed for a dual-polarization base station, with the possibility of obtaining up to four orthogonal radiation modes. The last chapter of this thesis presents the prototypes and the performance of the following antennas: a single-layer lens formed by a central circular metallic ring surrounded by a set of eight metallic rings, an antenna formed by two metallic rings of different diameter distributed in two layers, a new low-profile metallic lens antenna formed by twelve metallic rings distributed in a single layer and arranged along a ring, and a lowprofile lens antenna formed by two metallic rings with strips short-circuiting both rings. In this part, the main measurements of gain, efficiency and cross polarization are presented for the aforementioned lenses. The designs are verified, obtaining good results in a wide bandwidth, thus validating the proposed technique. / Finalmente quiero agradecer a la Universidad Nacional de Chimborazo del Ecuador que a traves del programa de becas, han beneficiado y apoyado mis ´ estudios del doctorado en el exterior, y de esta manera poder desarrollar conocimientos cient´ıficos para colaborar con el progreso del pa´ıs. / Santillán Haro, DA. (2020). Diseño de lentes metálicas usando la teoría de modos característicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140315