Du fait de nombreuses avancées technologiques et scientifiques, l'ensemble du réseau de télécommunications a évolué vers une complexité croissante intégrant désormais des débits très importants. Grâce aux larges bandes passantes offertes par les bandes de fréquences millimétriques, les prochaines générations visent à permettre l'augmentation du nombre de services multimédias et de partage de contenus en haute définition. Cette évolution pose la problématique de concevoir des systèmes sans-fils capables de fonctionner en haute fréquence avec des rendements et coûts acceptables, ainsi qu'un encombrement minimum. Ce travail se situe dans le cadre du développement de circuits passifs, de types filtres, coupleurs et guides d'ondes qui répondent à ces défis. Nous avons développé une technique de miniaturisation pour des dispositifs en technologie imprimée, dans un premier temps dédiée aux fréquences inférieures à 20 GHz. Celle-ci repose sur la notion d'onde lente, définie comme la capacité d’une structure à ralentir la propagation des ondes la traversant. Une analyse théorique ainsi que des méthodes de conception ont été développées, puis validées par des mesures. Dans un second temps, nous avons proposé deux technologies distinctes permettant l'intégration de guides d'ondes performants en bande millimétrique en collaboration avec deux laboratoires partenaires. Une étude théorique, la conception de motifs de test et les résultats de mesure sont présentés. Ces travaux constituent une base pour la réalisation ultérieure en bande millimétrique de topologies miniaturisées grâce aux ondes lentes. / The last decades have seen the evolution of communication networks towardgreater complexity and efficiency, being now able to carry significant data rates. This evolution is the result of both scientific and technological breakthroughs. Thanks to the wide bandwidths available at millimeter-wave frequencies, the future generations will be able to supply for the the increasing demand in multimedia services, especially high-definition videos. The design of wireless systems which operate at high frequencies with acceptable efficiency, costs, and minimum size thus constitute a decisive challenge. In this context, this work focuses on the development of passive circuits such as filters, couplers and waveguides which address these issues. We developed a miniaturization technique for printed circuits technology, which in a first step is dedicated to frequencies below 20 GHz. This technique is based on a slow-wave concept, defined as the property of any structure which impose lower velocities to the electromagnetic waves. A theoretical analysis, as well as design methods were established and confirmed by measurements. Secondly, we proposed two distinct technological solutions for the integration of efficient waveguides at millimeter-wave frequencies. This work was achieved in collaboration with two other laboratories. A theoretical study, design of test features and measurementswere performed. These results intend to constitute a basis for the future realization of miniaturized slow-wave circuits at millimeter-wave frequency bands.

Wireless and mobile communications are already playing an important role in our lives, and this will can only grow more and more due to the predominant importance and use of modern smartphones, tablets and any kind of connected devices. With this is mind, the spectrum for wireless and mobile communications is becoming incredibly overcrowded, leading to increasing requirements for RF front-end filters. This progress has encouraged an impressive need for developing low-cost, high performance, mass-producible, small footprint, and highly integrated front-end solutions for microwave and millimeter-wave systems and applications including emerging 5G and future wireless platforms. In this context, high quality factor resonators are usually typical basic building blocks of many high performance passive and active circuits, and its design has become even more challenging in the last decade. As a result, Substrate Integrated Waveguide (SIW) technology has attracted scientific community and industry attention as a very good candidate for developing such desired high-Q planar microwave devices. Recently, SIW is demonstrating to be a successful approach for implementing microwave and mm-wave filters with high Q-factor, easy integration with other planar circuits, and for mass-production manufacturing processes in many technologies (i.e. Printed Circuit Board (PCB) and Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) technologies among them). Its enormous similarity with waveguides is probably one of the main reasons why the development of SIW-based components and circuits is rapidly growing among the research community. Other potential features that, combined with the former advantages, could be of huge interest in a wide range of wireless and mobile applications are a lively set of research subjects, such as compactness, advanced filtering responses, and recently frequency-agility capabilities. These key features have been recently introduced in the design of microwave filters for the next-generation wireless systems. Taking into account the above-mentioned background, the work carried out during the course of this PhD Thesis has been directed towards a further study of SIW technology to propose, analyze and develop an innovative and original resonator topology. The proposed topology is based on the extension of the classical coaxial waveguide resonator to SIW technology, and must take advantage of the characteristics of SIW devices to allow the design of improved and innovative microwave resonator filters for advanced wireless systems. This PhD Thesis includes the latest improvements made on this topic, from the working principles of the basic coaxial SIW block, until different applications for the design of compact quasi-elliptic and reconfigurable microwave filters. The results are promising and demonstrate the validity of the proposed topology for the design of high-Q microwave filters, as well as its potential application to implement complex designs. The general knowledge gained from these cases of study can be considered a good base for further developing this technology, which can help to improve its EM performance, and also contribute to a more general use in the market. / Las comunicaciones inalámbricas y móviles juegan un papel importante en nuestras vidas, y esto sólo puede ir a más debido a su enorme importancia y al uso de los modernos teléfonos inteligentes (del inglés, smartphones), tabletas y toda clase de dispositivos inalámbricos. Con todo esto en mente, el espectro electromagnético para comunicaciones inalámbricas y móviles se está saturando cada día más, lo que conlleva un constante aumento de los requisitos para los filtros de radio-frecuencia usados en las cabeceras de dichos sistemas. Este progreso ha llevado a un creciente interés en desarrollar componentes de microondas de bajo coste, alto rendimiento, pequeño tamaño, que permitan implementar soluciones altamente integradas para sistemas de alta frecuencia (i.e. microondas y ondas milimétrica) y sus aplicaciones, incluyendo entre ellas la emergente conexión 5G y las futuras plataformas inalámbricas. En este contexto, los resonadores de elevado factor de calidad constituyen generalmente los bloques básicos para el diseño de muchos circuitos pasivos (entre ellos filtros) y activos de alto rendimiento. Su diseño se ha convertido por tanto en un reto aún mayor en la última década. Como resultado de ello, la tecnología de guía de ondas integradas en substrato (Substrate Integrated Waveguide, SIW) ha atraído la atención de la comunidad científica e industrial, al revelarse como una buena aproximación para el desarrollo de dispositivos planares de microondas con excelentes prestaciones eléctricas, y en particular para la implementación de filtros de microondas y onda milimétrica de bajas pérdidas y elevada integración con circuitos en tecnología planar. Además, su flexibilidad se caracteriza también por su adecuación a diferentes procesos de fabricación y producción en masa, en tecnologías tales como los circuitos impresos (Printed Circuit Board, PCB) o la tecnología de materiales cerámicos multi-capa co-sinterizados a baja temperatura (Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC) entre otras. Su enorme similitud con las ya largamente estudiadas guías de onda es, probablemente, una de las principales razones por las cuales el desarrollo de dicho circuitos está creciendo rápidamente entre la comunidad de investigadores. Cabe mencionar como, además de las anteriores ventajas, otras características de la tecnología SIW que podrían ser de gran interés en una amplia gama de aplicaciones inalámbricas y móviles son la miniaturización, la posibilidad de implementar respuestas avanzadas de filtrado y, recientemente, las capacidades de sintonía en frecuencia de los componentes de microondas. De este modo, el trabajo desarrollado a lo largo de esta Tesis Doctoral se ha orientado hacia el planteamiento, análisis y desarrollo de una topología de resonador innovadora y original. Dicha topología se basa en una extensión de las cavidades coaxiales en guía de onda metálica a una implementación integrada en substrato inspirada en la tecnología SIW. Esta Tesis Doctoral recapitula los últimos avances que se han producido sobre este tema, empezando desde la descripción de los principios fundamentales de funcionamiento de las estructuras, hasta la demostración de varias aplicaciones concretas útiles para el diseño de filtros de microondas muy compactos, con respuestas filtrantes avanzadas y reconfigurables. Los resultados que se van a mostrar a continuación son prometedores, y demuestran la validez de la topología propuesta. El conocimiento general obtenido de los diferentes prototipos fabricados y caracterizados experimentalmente puede considerarse una buena base para seguir desarrollando esta tecnología, lo que puede ayudar a mejorar su rendimiento electromagnético, así como a contribuir a un uso más extendido de estos dispositivos en el mercado. / Les comunicacions sense fils i mòbils juguen un paper important en les nostres vides, i això només pot anar a més a causa de la gran importància i l'ús dels moderns telèfons intel·ligents (de l'anglès, smartphones), tablets i tota classe de dispositius sense fil. Tenint en compte tot açò, l'espectre electromagnètic per a comunicacions sense fils i mòbils s'està saturant cada dia més, el que comporta un constant augment dels requisits per als filtres de radiofreqüència usats en les capçaleres d'aquests sistemes. Aquest progrés ha portat a un creixent interès en desenvolupar components de microones de baix cost, alt rendiment, volum reduït, que permeten implementar solucions altament integrades per a sistemes d'alta freqüència (ie. microones i ones mil·limètriques) i les seves aplicacions, incloent l'emergent connexió 5G i les futures plataformes sense fils. En aquest context, els ressonadors d'elevat factor de qualitat constitueixen generalment els blocs bàsics per al disseny de molts circuits passius (entre ells filtres) i actius d'alt rendiment. El seu disseny s'ha convertit per tant en un repte encara més gran en l'última dècada. Com a resultat d'això, la tecnologia de guia d'ones integrades en substrat (Substrate Integrated Waveguide, SIW) ha atret l'atenció de la comunitat científica i industrial, al revelar-se com una bona aproximació per al desenvolupament de dispositius planars de microones amb excel·lents prestacions elèctriques , i en particular per a la implementació de filtres de microones i ones mil·limètriques de baixes pèrdues i elevada integració amb circuits en tecnologia planar. A més, la seua flexibilitat es caracteritza també per la seua adequació a diferents processos de fabricació i producció en massa, en tecnologies com ara els circuits impresos (Printed Circuit Board, PCB) o la tecnologia de materials ceràmics multicapa co-sinteritzats a baixa temperatura (Low Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC) entre d'altres. La seua enorme similitud amb les ja llargament estudiades guies d'ona és, probablement, una de les principals raons per les quals el desenvolupament d'aquests circuits està creixent ràpidament entre la comunitat d'investigadors. Cal destacar com, a més de les anteriors avantatges, altres característiques de la tecnologia SIW que podrien ser de gran interès en una àmplia gamma d'aplicacions sense fils i mòbils són la miniaturització, la possibilitat d'implementar respostes avançades de filtrat i, recentment, les capacitats de sintonia en freqüència dels components de microones. Aquestes característiques clau s'han introduït recentment en el disseny de filtres microones per als sistemes sense fils de pròxima generació, convertint-se en objecte prioritari d'estudi per part de la comunitat científica. D'aquesta manera, el treball desenvolupat al llarg d'aquesta tesi doctoral s'ha orientat cap al plantejament, anàlisi i desenvolupament d'una topologia de ressonador innovadora i original. Aquesta topologia es basa en una extensió de les cavitats coaxials en guia d'ona metàl·lica a una implementació integrada a substrat inspirada en la tecnologia SIW. Aquesta tesi doctoral recapitula els últims avanços que s'han produït sobre aquest tema, començant des de la descripció dels principis fonamentals de funcionament de les estructures, fins a la demostració de diverses aplicacions concretes útils per al disseny de filtres i microones molt compactes, amb respostes de filtrat avançades i reconfigurables. Els resultats que es mostraran a continuació són prometedors, i demostren la validesa de la topologia proposada. El coneixement general obtingut dels diferents prototips fabricats i caracteritzats experimentalment es pot considerar com una bona base per seguir desenvolupant aquesta tecnologia, el que pot ajudar a millorar el seu rendiment electromagnètic, així com a contribuir a un ús més estès d'aquests dispositius en el mer / Sirci, S. (2017). Substrate Integrated Coaxial Filters with Fixed and Tunable Responses [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/78838 / TESIS

This master thesis deals with a study of directional antennas, followed by their design and optimalization of horn antenna based on SIW for Ka band (26,5- 40 GHz). The first part of the thesis contains the theoretical analysis of the different types of directional antennas, also the SIW technology is described here. It also describes the 3D printing technology by means of which the final antenna should be made. The next part of this work is about design of horn antenna based on SIW. Simulation and optimization of the antenna will be done using the CST Microwave Studio. The final part of the thesis deals with evaluation of achieved results.

This master thesis deals with a study of directional antennas, followed by their design and optimization of horn antenna based on SIW for Ka band (26,5- 40 GHz). The first part of the thesis contains the theoretical analysis of the different types of directional antennas, also the SIW technology is described here. It also describes the 3D printing technology by means of which the final antenna should be made. The next part of this work is about design of horn antenna based on SIW. Simulation and optimization of the antenna will be done using the CST Microwave Studio. The horn antenna was modeled with three different dielectric loads. The horn antenna with an experimental triangular dielectric load was chosen for fabrication. The fabricated antenna has reached almost the whole bandwidth to cover Ka. The antenna gain was 9,38 dBi for 33 GHz frequency.

In this thesis is discussed a filter design of a band-pass substrate integrated waveguide filter on the frequency of 5 GHz. It also includes design theory, filter synthesis, filter analysis in the program CST Microwave Studio® and the results of measurement on a vector network analyzer. The analysis results are compared with the measured results. Good agreement between simulated and measured results is observed.

This master thesis deals with a design of Vivaldi antenna due to its broadband properties suitable for radar applications. The folding of single Vivaldi antenna element into 2D antenna array we achieved required radiation properties. Appropriate design of feeding structure realized by SIW technology we obtained suppression of side lobes and deflection of the main lobe. The work also includes design of 3D Vivaldi antenna array. Modeling, simulation and optimization of antenna array were performed in CST Microwave Studio.

Dizertační práce je zaměřena na výzkum mikropáskových flíčkových antén a anténních řad napájených vlnovodem integrovaným do substrátu (SIW). Využitím vlnovodu integrovaného do substrátu pro napájení mikropáskové flíčkové antény dochází ke kombinaci výhodných vlastností obou struktur. Výsledkem je kompaktní anténní struktura, jejíž napájecí vedení neprodukuje parazitní záření a neovlivňuje tak vyzařovací charakteristiku antény. Práci lze z věcného hlediska rozdělit do dvou částí. První část práce (kapitola 2) je zaměřena na návrh flíčkových antén a jejich navázání na vlnovod integrovaný do substrátu. První dvě navržené flíčkové antény využívají vlnovod integrovaný do substrátu a štěrbinu nebo koaxiální sondu pro buzení lineárně polarizované vlny. Napájení koaxiální sondou je dále použito pro buzení kruhově polarizované flíčkové antény. Za účelem získání širšího pásma osového poměru je navrženo napájení flíčkové antény ve dvou bodech. Funkčnost všech anténních struktur je popsána pomocí parametrických simulací a ověřena realizací a měřením vyrobených prototypů antén. Prezentované napájecí metody představují nový způsob napájení pro mikropáskové antény využívající technologii SIW. Ve druhé části práce (kapitola 3) je pojednáno o implementaci štěrbinou napájené mikropáskové anténní struktury do malých anténních polí o velikosti 2x2 a 1x4. V případě lineární řady je uvažováno amplitudové rozložení pro optimální potlačení postranních laloků. Obě navržené anténní řady jsou ověřeny měřením a v porovnání s podobnými anténními řadami dostupnými v literatuře dosahují širšího pracovního pásma kmitočtů a vyššího zisku.

Tato disertační práce prezentuje nový koncept kruhově polarizovaných anténních řad na bázi vlnovodu integrovaného do substrátu. Hlavní devízou konceptu je modularita, kdy je základní stavební blok řady použitelný pro tvorbu komplexnějších řad a tento blok zároveň slouží jako šablona pro návrh komplexnější struktury. Anténní řada byla simulována a experimentálně ověřena pro frekvence 17 a 60 GHz. Na základě dosažených výsledků byla odvozena metodologie pro návrh a identifikovány klíčové oblasti návrhu. Následně práce představuje techniku zvýšení šířky pásma osového poměru kruhově polarizovaných anténních řad pomoci parazitních flíčků, které jsou umístěny nad zářiče v definované vzdálenosti. Anténní řada z první části práce byla použita v simulacích a experimentálním ověření pro frekvence 17 a 60 GHz, kdy byla tato řada rozšířena o parazitní strukturu, přidávajíc další vrstvu modularity do konceptu.

No description available.

The rise of connected devices and the internet of things has increased the need for systems capable of transmitting high frequency signals wirelessly. An important part of these systems are the filters. Filters remove signals within unwanted frequency ranges. These filters can be implemented using e.g. periodic structures. In this article, we present a design for such a filter that aims to have a stopband between 3-6 [GHz] using square complementary split ring resonators (CSRR) on a substrate integrated waveguide (SIW). The design is based on a dimensional parametric study. An alternative design based on circular CSRR's is also presented and discussed. The design is validated using a commercially available software and a novel method simulating higher order of modes (HOM). The novel simulation method is shown to be advantageous due to its ability to evaluate the attenuation coefficient of a periodic filter. Additionally, a quadratic CSRR structure was shown to have a larger stopband and a similar attenuation coefficient when compared to circular CSRR structure when applied on a SIW. Furthermore, an impedance matching structure for the both CSRR filters were designed and both filters were simulated. / Förekomsten av uppkopplade enheter och användandet av sakernas internet har ökat behovet av system som kan sända högfrekventa signaler trådlöst. En viktig del av dessa system är filter, som eliminerar signaler inom oönskade frekvensband. Dessa filter kan implementeras med periodiska strukturer. I denna rapport presenterar vi en design för ett sådant filter med ett stoppband mellan 3-6 [GHz] som använder sig av kvadratiska "complementary split ring resonators" (CSRR) på en "substrate integrated waveguide" (SIW). Designen är baserad på en geometrisk parametrisk studie. En alternativ design som använder sig av cirkulära CSSRs presenteras och diskuteras. Den föreslagna designen valideras med en kommersiellt tillgänglig och en egenframställd metod vid namn "higher order of modes" (HOM) metoden. Den egenframställda simulationsmetoden visas vara fördelaktig då den är kapabel att evaluera filtrets attenuationskoefficient. Utöver detta visas att en design baserad på kvadratiska CSRRs vara fördelaktig då den genererar ett större stoppband och liknande attenuationskoefficient jämfört med den cirkulära CSSR designen vid tillämpning på en SIW. Fortsättningsvis presenteras en matchande struktur för båda filter varpå båda kompletta filter simuleras. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm