En la presente tesis se muestra una nueva metodología de extracción "inteligente" de modelos circuitales lineales y no lineales para dispositivos MESFET y HEMT, además de efectuar numerosas aportaciones en el campo de las medidas radioeléctricas de dichos dispositivos mediante diseño del hardware y del software necesario para la automatización de las mismas. Por otro lado se presenta un novedoso modelo de Gran Señal para dispositivos HEMT de potencia que da cuenta del fenómeno de la compresión de la transconductancia y es fácilmente implementable en simuladores no lineales comerciales del tipo de MDS, LIBRA, HARMONICA, etc. Además se ha aumentado el rango de validez frecuencial de los modelos de pequeña señal mediante la obtención de las expresiones "exactas" de los modelos usuales de pequeña señal Vendelin-Dambrine, Vickes, Berroth & Bosch, etc. Otra novedad aportada por este trabajo de tesis ha sido aplicar estos modelos lineales a los transistores HEMT, evitando la obtención valores carentes de significado físico como ocurría hasta ahora. Como validación del modelo no lineal de HEMT se han llevado a cabo numerosas simulaciones del mismo en MDS que han sido comparadas con las medidas experimentales realizadas en nuestro laboratorio (Scattering, DC, Pulsadas y Pin/Pout) poniendo de manifiesto la exactitud del modelo. Para validar los modelos de pequeña señal se han efectuado simulaciones con el simulador lineal MMICAD utilizando transistores de diferentes tamaños procedentes de distintas foundries con objeto de visualizar el comportamiento del dispositivo independientemente del origen del mismo. / In this thesis a new methodology for the "intelligent" parameter extraction of linear and non-linear model for GaAs MESFET and HEMT devices is shown, besides numerous contributions in the field of Scattering and DC measurements of this kind of devices by means of hardware design and necessary software for the automation of the same have been done. On the other hand a novel Great Signal model for HEMT devices is presented. This model is capable to model the transconductance compression phenomenon and it is easily to built in commercial non-linear simulators like MDS, LIBRA, Microwave HARMONICA, etc. This work has also increased the frequency range for the usual small-signal models by means of calculate "exact" expressions of them. Another novelty contribution of this thesis is to apply for first time these linear models to HEMT transistors, avoiding the lacking of physical meaning values like it occurred up to now. To make possible the validation of non-linear HEMT model, simulations with MDS software and comparisons with experimental measurements made in our laboratory (Scattering, DC, Pulsed and Pin/ Pout) have been carried out and there was very good agreement between measured and simulated data. To validate small-signal models referred before, simulations with MMICAD software and comparisons between simulated and experimental scattering measurements using transistors of different sizes from several foundries and technological processes have been made.

La presente tesis desarrolla una metodología basada en la teoría circuital generalizada, que permite el análisis de problemas electromagnéticos en entornos abiertos y cerrados. De esta forma, un problema electromagnético se podrá segmentar en diversos problemas más simples, donde cada uno de los problemas individuales se resuelve por la técnica más apropiada en cada caso y se caracteriza a través de su matriz de impedancias o admitancias generalizadas. Como aplicación directa de esta metodología, se analiza en detalle el problema del sector circular dieléctrico bidimensional. El sector se tratará como un elemento individual de 4 accesos y servirá para el análisis, mediante la teoría circuital, de problemas más complejos y, en general, inhomogéneos. Otra aplicación directa de esta teoría y del elemento sector circular, es el análisis de la cuña dieléctrica inhomogénea, con las aplicaciones inmediatas que esto tiene a los fenómenos de difracción. En todos los casos plateados se han contrastado los resultados con los disponibles en la bibliografía, concluyéndose que el método es sumamente preciso en todos los casos propuestos. Por último, se han analizado otros problemas no resueltos en la bibliografía y que son de interés, como los cilindros corrugados para adaptar estructuras o los cilindros con altas pérdidas. / Peñaranda Foix, FL. (2001). Aplicación de la teoría de análisis circuital generalizado a la resolución de problemas de difracción electromágnetica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7121

El proceso de caracterización dieléctrica es un área de estudio fundamental para el desarrollo de sistemas y dispositivos de telecomunicaciones, ya que el conocimiento de cómo se comporta un material frente a una radiación electromagnética es de gran utilidad para diseñar y optimizar dispositivos de microondas. Para obtener las propiedades dieléctricas de materiales se requiere de una técnica de medida y un método de análisis que sustente a dicha técnica. Existen multitud de técnicas de medida, entre las que destacan los métodos resonantes por la alta precisión que proporcionan en la medida de materiales con bajas pérdidas. De igual manera, existen muchísimos de métodos de análisis, entre los que destacan los métodos modales por la exactitud de la solución que proporcionan en geometrías canónicas al analizar teóricamente y de manera analítica el problema electromagnético. Este trabajo se enmarca en esta área de conocimiento, concretamente pretende contribuir a la mejora de los procedimientos y métodos de análisis modales, proporcionando una generalización circuital de onda completa. Para ello, se han implementado una serie de librerías de elementos básicos mediante los cuales se pueden modelar diversas estructuras cilíndricas con geometría de revolución, que son de las más empleadas en dielectrometría. En primer lugar, se ha generalizado con una caracterización de onda completa el método de análisis circuital, que hasta ahora solo tenía en cuenta modos simétricos. No obstante, este método ampliado tiene ciertas limitaciones en cuanto a la implementación de elementos básicos modelados con una formulación de onda completa, lo que resta versatilidad y flexibilidad al mismo. Para solventar las limitaciones del análisis circuital de onda completa se ha implementado un método híbrido que combina el método de análisis modal puro y el circuital generalizado. Con la misma idea que en el análisis circuital, se ha implementado una librería de elementos básicos que, combinándolos, permite crear estructuras más complejas. El estudio teórico ha sido validado mediante numerosas simulaciones y comparaciones con otros métodos y técnicas de análisis. Se ha hecho especial hincapié en el correcto modelado de cavidades resonantes orientadas a dielectrometría, pues es el objetivo principal de la tesis. Además, se han llevado a cabo aplicaciones experimentales reales orientadas a la medida de materiales dieléctricos mediante distintas cavidades resonantes, de manera que se muestra la utilidad, versatilidad, flexibilidad y precisión que tiene el estudio que se ha realizado en este trabajo de una manera práctica y funcional. Finalmente, se proponen líneas futuras de investigación para continuar el trabajo realizado hasta el momento. / Dielectric characterization of materials is a very important area of study for the development of telecommunication systems and devices, since the knowledge of the materials' behavior in front of an electromagnetic radiation is very useful to design and optimize microwave devices. Measurement techniques and analysis methods are required to obtain the dielectric properties of materials. There are many measurement techniques, among which resonant methods stand out due to the high precision that they provide in the measurement of low loss materials. In the same way, there are many methods of analysis, among which modal methods stand out for the accuracy of the solution they provide in canonical geometries when the electromagnetic problem is analyzed theoretically and in an analytical way. This work is framed in this area of knowledge, specifically it aims to contribute to the improvement of procedures and methods of modal analysis, providing a complete full-wave circuit generalization. For this purpose, some libraries of basic elements have been implemented, and combining them properly, any axisymmetric structure can be modeled. First, the circuit analysis method has been generalized with a full-wave characterization, which up to now only took into account symmetric modes. However, this extended method has some limitations in terms of the implementation of basic elements modeled with a full wave formulation, which reduces its versatility and flexibility. To solve the limitations of the full-wave circuit analysis, a hybrid method that combines the pure modal analysis method and the generalized circuital technique has been implemented. With the same idea as in the circuit analysis, a library of basic elements has been implemented, and combining them properly, more complex structures can be simulated. The theoretical study has been validated through many simulations and comparisons with other methods and analysis techniques. Special emphasis has been placed on the correct modeling of resonant cavities oriented to dielectrometry, since it is the main goal of the thesis. In addition, real experimental applications focused on the measurement of dielectric materials have been carried out with some different resonant cavities. Then, the usefulness, versatility, flexibility and precision of the study carried out in this thesis is shown in a practical and functional way. Finally, future research lines are proposed to continue the work carried out so far. / El procés de caracterització dielèctrica es un àrea d'estudi fonamental per al desenvolupament de sistemes i dispositius de telecomunicacions, ja que el coneixement de com es com es comporta un material sota una radiació electromagnètica es de gran utilitat per dissenyar i optimitzar dispositius de microones. Per obtenir les propietats dielèctriques de materials es requereix d'una tècnica de mesura i un mètode d'anàlisi que sustenti a la pròpia tècnica. Existeixen multitud de tècniques de mesura, entre les que destaquen els mètodes ressonants per l'alta precisió que proporcionen en la mesura de materials amb baixes pèrdues. De la mateixa manera, existeixen moltíssims mètodes d'anàlisi, entre els que destaquen els mètodes modals per l'exactitud de la solució que proporcionen en geometries canòniques al analitzar teòricament i de manera analítica el problema electromagnètic. Aquest treball s'emmarca en esta àrea de coneixement, concretament pretén contribuir a la millora dels procediments i mètodes de anàlisi modals, proporcionant una generalització circuital d'ona completa. Per això, s'han implementat una sèrie de llibreries d'elements bàsics mitjançant els quals es poden modelar diverses estructures cilíndriques amb geometria de revolució, que són de les més emprades en dielectrometria. En primer lloc, s'ha generalitzat amb una caracterització d'ona completa el mètode d'anàlisi circuital generalitzat, que fins ara només tenia en compte modes simètrics. No obstant això, aquest mètode ampliat té certes limitacions en quant a la implementació d'elements bàsics modelats amb una formulació d'ona completa, es que resta versatilitat i flexibilitat a aquest. Per resoldre les limitacions de l'anàlisi circuital d'ona completa s'ha implementat un mètode híbrid que combina el mètode d'anàlisi modal pur i el circuital generalitzat. Amb la mateixa idea que en l'anàlisi circuital, s'ha implementat una llibreria d'elements bàsics que combinant-los permet crear estructures més complexes. L'estudi teòric ha sigut validat mitjançant nombroses simulacions i comparacions amb altres mètodes i tècniques d'anàlisi. S'ha posat especial èmfasi en el correcte modelat de cavitats ressonants orientades a dielectrometria, ja que és l'objectiu principal de la tesi. A més a més, s'han dut a terme aplicacions experimentals reals orientades a la mesura de materials dielèctrics mitjançant diverses cavitats ressonants, de manera que es mostri la utilitat, versatilitat, flexibilitat i precisió que té l'estudi que s'ha realitzat en aquest treball d'una manera pràctica i funcional. Finalment, es proposen unes línies futures d'investigació per continuar el treball realitzat fins ara. / Marqués Villarroya, D. (2018). Análisis Circuital de Onda Completa de Elementos Cilíndricos para Dielectrometría [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110970

Avui dia cada vegada s'ha de tenir més en compte com es realitza el traçat de pistes en les plaques de circuit imprès (PCB). Això és degut a que cada vegada més hi viatgen senyals amb components freqüencials més elevades. Per tant, paràmetres com la desadaptació per impedància característica, acoblaments, ressonàncies i comportaments complexes de les transicions que es troben els senyals en la seva propagació per les pistes, han de ser considerats per evitar problemes d'integritat del senyal i garantir la compatibilitat electromagnètica (EMC) amb el seu entorn. El present treball de tesi s'ha centrat en l'estudi del comportament d'una situació particular, però molt habitual, de pistes: dues pistes sobre un pla de massa, formant el que es coneix com una línia de transmissió microstrip acoblada. Els senyals que viatgen a través d'una línia microstrip acoblada es poden descompondre en dos modes bàsics de propagació: mode comú (on la tensió està definida entre el pla de massa i cada pista) i el mode diferencial (on la tensió està definida entre les pistes). Aquesta descomposició és molt habitual en el món de la compatibilitat electromagnètica ja que les tècniques de filtratge de les interferències varien depenent si aquestes viatgen en mode comú o en mode diferencial. El treball desenvolupat s'ha focalitzat en l'estudi, des d'aquest punt de vista multimodal (que té en compte simultàniament tant el mode comú com el diferencial), de les diferents transicions que es pot trobar el senyal en la seva propagació degut al traçat de pistes. Com a resultat d'aquest estudi s'han obtingut uns models circuitals que permeten l'anàlisi i simulació dels diferents modes que intervenen i que han estat validats de forma experimental. Aquest fet ha permès l'ús d'aquests models en l'anàlisi de problemes d'integritat del senyal que són comuns en el entorn de la compatibilitat electromagnètica (EMC). Els resultats obtinguts han estat presentats en congressos nacionals i internacionals. / Hoy en día cada vez se debe tener más en cuenta como se realiza el trazado de pistas en las placas de circuito impreso (PCB). Esto es así debido a que cada vez más viajan por ellas señales con componentes frecuenciales más elevadas. Por lo tanto, parámetros como la desadaptación por impedancia característica, acoplamientos, resonancias y comportamientos complejos de las transiciones que se encuentran las señales mientras se propagan por las pistas, deben ser tenidos en consideración para evitar problemas de integridad de la señal y garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) con su entorno. En el presente trabajo de tesis se ha centrado en el estudio del comportamiento de una situación particular, pero habitual, de pistas: dos pistas sobre un plano de masa, formando lo que se conoce como línea de transmisión microstrip acoplada. Las señales que viajan a través de una línea microstrip acoplada se pueden descomponer en dos modos básicos de propagación: modo común (donde la tensión está definida entre el plano de masa y cada pista) y modo diferencial (donde la tensión está definida entre pistas). Esta descomposición es muy habitual en el mundo de la compatibilidad electromagnética ya que las técnicas de filtrado de las interferencias varían dependiendo si estas viajan en modo común o en modo diferencial. El trabajo desarrollado se ha focalizado en el estudio, desde este punto de vista multimodal (que tiene en cuenta simultáneamente tanto el modo común como el diferencial), de las diferentes transiciones que puede encontrarse la señal durante su propagación debido al trazado de pistas. Como resultado se han obtenido unos modelos circuitales que permiten el análisis y simulación de los diferentes modos que intervienen y que han sido validados de forma experimental. Este hecho ha permitido el uso de dichos modelos en el análisis de problemas de integridad de la señal que son comunes en el entorno de la compatibilidad electromagnética (EMC). Los resultados obtenidos han sido mostrados en congresos nacionales e internacionales. / Nowadays, the placement of the strips in a printed circuit board (PCB) has to be performed with increasing care, because of the rise of the spectral content of the signals propagating through the strips. Due to this fact, mismatches of the characteristic impedances, crosstalks, resonances and complex behavior of the transitions that the signals may encounter in their propagation have to be considered in order to avoid signal integrity problems and to guarantee the electromagnetic compatibility with their environment. This work is focused on the study of the behavior of a particular, but also a very common way of routing strips: two close strips above a ground plane, forming a extit{coupled microstrip transmission line}. The signals present at this transmission line can be decomposed into two basic signals known as common mode (where its voltage is defined between the ground plane and each strip) and differential mode (where its voltage is defined between the two strips). This decomposition is often found in electromagnetic compatibility because the different techniques of filtering interferences depend on their main mode of propagation. The study carried out in this thesis is focused on the analysis from a multimodal point of view of different transitions that signals encounter during their propagation in a coupled microstrip transmission line. As a result of this analysis, a number of circuit models for different transitions have been obtained and experimentally validated. These models have been used to successfully study signal integrity problems found in EMC and they have been presented in national and international symposiums.

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1986