The multipactor phenomenon is a major concern in modern satellites that operate with highpower transmission in many frequency bands. It occurs when electrons inside RF componentsare accelerated by the RF fields. These electrons then hit walls inside the device, produc-ing secondary electrons. As the number of electrons increases, it may create noise inside thecomponent, thus deteriorating the original signal-to-noise ratio. When designing radio fre-quency equipment for space applications, it is therefore important to know at which powerlevels this occurs. Multicarrier simulations are time consuming and demand high amounts ofcomputer resources. In this thesis the hybrid L1/L2 method has been tested, which is a methodthat separates the geometric and multicarrier simulations into two parts resulting in a shortercomputation time. The conclusion is that the method is more reliable than single carrier sim-ulations, and that it can be used as a first step in the designing process of RF components.It is also a way of estimating a preliminary threshold before starting a full-scale multicarriersimulation.

[ES] El propósito de la presente tesis es desarrollar una herramienta informática para la predicción del efecto multipactor tanto en líneas de transmisión coaxiales como en guías circulares. Esta herramienta está pensada para ser complementaria de las de diseño asistido por ordenador Computer-Aided Design (CAD) en el caso de dispositivos de comunicaciones a implementar en estas tecnologías de ondas guiadas. En el caso de guías coaxiales, se desarrollará un modelo numérico para la predicción de los umbrales de potencia del fenómeno de multipactor. Este método ha sido validado con medidas experimentales, así como validado con otros estudios teóricos realizados. En este tipo de guía se ha considerado tres tipos de señal de radio frecuencia (RF), la onda incidente, la onda estacionaria pura y las ondas estacionarias en general (combinación de ondas incidente y reflejada de distintas amplitudes). Así pues, se ha analizado y obtenido los umbrales de potencia para cada una de las diferentes señales consideradas y observado los efectos que se producen. En las guías circulares, se ha demostrado en primer lugar la existencia del fenómeno de multipactor bajo la excitación del modo fundamental de la guía circular TE11. El interés en estas guías se debe al amplio uso en la fabricación de componentes pasivos, tanto en cavidades resonantes como el uso de irises que conectan las cavidades, empleados tanto en aceleradores de partículas como en diferentes subsistemas de comunicaciones en satélites. Por tanto, además de observar la existencia del efecto multipactor hemos calculado una carta de susceptibilidad para dicho fenómeno, inicialmente en el caso de que sólo se transmita una única polarización, en concreto la polarización vertical. Una vez hemos demostrado que el efecto multipactor es posible en estas guías circulares, se ha realizado un estudio teniendo en consideración la coexistencia de las dos polarizaciones del modo fundamental TE11. Para una mejor comprensión del fenómeno, se ha analizado inicialmente para órdenes de multipactor más bajos en función de la excentricidad de la elipse de polarización. Prestando especial atención para el caso de la polarización lineal y circular, aunque también se ha analizado otras combinaciones más generales. / [CA] El propòsit de la present tesi és desenvolupar una eina informàtica per a la predicció de l'efecte multipactor tant en línies de transmissió coaxials com en guies circulars. Aquesta eina està pensada per a ser complementària de les de disseny assistit per ordinador Computer- Aided Design (CAD) en el cas de dispositius de comunicacions a implementar en aquestes tecnologies d'ones guiades. En el cas de guies coaxials, es desenvoluparà un model numèric per a la predicció dels llindars de potència del fenomen de multipactor. Aquest mètode ha sigut validat amb mesures experimentals, així com validat amb altres estudis teòrics realitzats. En aquesta mena de guia s'ha considerat tres tipus de senyal de ràdio freqüència (RF), l'ona incident, l'ona estacionària pura i les ones estacionàries en general (combinació d'ones incident i reflectida de diferents amplituds). Així doncs, s'ha analitzat i obtingut els llindars de potència per a cadascuna dels diferents senyals considerats i observat els efectes que es produeixen. En les guies circulars, s'ha demostrat en primer lloc l'existència del fenomen de multipactor sota l'excitació de la manera fonamental de la guia circular TE11. L'interés en aquestes guies es deu a l'ampli ús en la fabricació de components passius, tant en cavitats ressonants com l'ús d'irises que connecten les cavitats, emprats tant en acceleradors de partícules com en diferents subsistemes de comunicacions en satèllits. Per tant, a més d'observar l'existència de l'efecte multipactor hem calculat una carta de susceptibilitat per a aquest fenomen, inicialment en el cas que només es transmeta una única polarització, en concret la polarització vertical. Una vegada hem demostrat que l'efecte multipactor és possible en aquestes guies circulars, s'ha realitzat un estudi tenint en consideració la coexistència de les dues polaritzacions de la manera fonamental TE11. Per a una millor comprensió del fenomen, s'ha analitzat inicialment per a ordres de multipactor més baixos en funció de l'excentricitat de l'ellipse de polarització. Prestant especial atenció per al cas de la polarització lineal i circular, encara que també s'ha analitzat altres combinacions més generals. / [EN] The main goal of this PhD thesis is to develop a computer tool for the prediction of the multipactor effect, both in coaxial transmission lines and in circular guides. This tool is intended to be complementary to the available Computer-Aided Design (CAD) versions, in particular for the case of communication devices to be implemented in the cited guided wave technologies. In the case of coaxial guides, a numerical model is developed to predict the power thresholds of the multipactor phenomenon. This method has been validated with experimental measurements, as well as with other theoretical studies carried out. In this type of guide, three types of radio frequency (RF) signals have been considered, i.e. the incident wave, the pure standing wave and the standing waves in general (a combination of incident and reflected waves of different amplitudes). Thus, the power thresholds for each of the different signals considered have been analyzed and obtained, and the corresponding effects that occur have been observed. In circular guides, the existence of the multipactor phenomenon under the excitation of the TE11 fundamental mode of the circular guide has been demonstrated first. The interest in these guides is due to their wide use in the manufacture of passive components, both in resonant cavities and within irises that connect the cavities, used both in particle accelerators and in different satellite communications subsystems. Therefore, in addition to observing the existence of the multipactor effect, we have calculated a susceptibility chart for this phenomenon, initially in the case that only a single polarization is transmitted, specifically the vertical polarization. Once we have shown that the multipactor effect is possible in these circular guides, a study has been carried out taking into account the co-existence of the two polarizations of the TE11 fundamental mode. For a better understanding of the phenomenon, it has been initially analyzed for lower multipactor orders as a function of the eccentricity of the polarization ellipse. Special attention has been paid to the case of linear and circular polarization, although other more general combinations have also been analyzed. / This work was supported in part by Ministerio de Educación y Ciencia, Spanish Government, under the coordinated Research Project TEC 2007/67630-C03-01 and in part by Generalitat Valenciana (Spain) under Projects IIARC0/2004/20, IIARC0/2004/21 and IIARC0/2004/22. This work has been supported by Ministerio de Ciencia e Innovación, Spanish Government, under Research Project TEC2007-67630-C03-01. / Pérez Pastor, AM. (2021). Análisis del efecto multipactor en guías de onda de geometría cilíndrica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/162975 / TESIS

Des avancées technologiques très importantes ont permis d'augmenter d'une manière drastique les valeurs des champs accélérateurs dans les cavités supraconductrices. Ces dernières sont devenues très attractives et ont été choisies pour des projets d'accélérateurs de grande ampleur tels que le XFEL et le collisionneur du futur ILC. Le temps de conditionnement HF des coupleurs alimentant les cavités supraconductrices et la quête de fiabilité face aux nouvelles contraintes de fonctionnement sont devenus des priorités pour ces projets internationaux. <br />Etant des composants complexes, les coupleurs TTF-III pour les cavités supraconductrices du projet XFEL ont un comportement difficile à modéliser ou à prévoir. Ainsi, nos travaux étaient principalement expérimentaux. Dans un premier temps, une automatisation complète du stand de test des coupleurs a été effectuée avec succès. Nous avons réussi, suite à cela, à conditionner une série de coupleurs TTF-III. Ces conditionnements ont permis de réaliser une étude sur les comportements des coupleurs pendant leurs conditionnements HF. Des expériences ont donné une estimation de l'effet de l'étuvage in-situ sur le temps de conditionnement. Les tests de certains de ces coupleurs sur cavités ont permis des fonctionnements à des champs de l'ordre de 35 MV/m. <br />Les études menées sur les coupleurs avaient pour principal objectif de réduire le temps de conditionnement. Ceci représente l'un des enjeux les plus importants pour faire valoir le choix d'un coupleur. Ce but a été réalisé suite à des optimisations apportées sur la procédure de conditionnement. Le temps de conditionnement a été fortement réduit.<br />Un intérêt particulier a également été donné aux processus de génération des courants électroniques dans les coupleurs, notamment par le multipactor. Des études de simulation de ce processus ont ainsi été effectuées. Son élimination par polarisation du conducteur interne a aussi fait l'objet d'un essai expérimental qui a validé l'efficacité de cette action sur TTF-III.

This work presents a new theoretical framework and prediction tool for multipactor in multi-carrier systems. This is of capital importance for satellite communication applications, which demand for higher number of channels operating at high power levels. Such a tool may help to reduce, or completely avoid, the risk of having an RF breakdown in operation, with the subsequent loss of signal quality or even completely damage of the device. Currently not much is known about multipactor for multi-carrier signals. This Thesis throws light on some basic multipactor mechanisms such as the electronic discharge build-up or its connection with signal distortion. A new non-stationary multi-carrier theory, based on current statistical multipactor studies, is presented. Unlike existing ones, this theory is able, for the first time, to model both electron creation and absorption processes. It constitutes the first multipactor theory for multi-carrier signals which is able to fully characterize the electron dynamics, such as the time evolution of the electronic density, as well as creation and absorption rates. A prediction method, the quasi-stationary method, is proposed for the automatic searching of the combination of carrier phases which yields the lowest breakdown level. It is based on the non-stationary theory for singlecarrier signals together with a genetic global optimizer. The quasi-stationary prediction method returns the worst-case phase combination plus a breakdown level for arbitrary multi-carrier signals with any number of carriers. The quasi-statinary method has been assessed with experimental tests on ad-hoc Ku-band rectangular waveguide samples with different multi-carrier signals. Additionally, the results have been contrasted with the popular 20-gap-crossing rule. The quasi-stationary method yields much better prediction accuracy than the 20-gap-crossing rule. Prediction errors for both techniques have been found to be 1 dB and 4 dB, respectively. The non-stationary theory is formulated for one-dimensional parallelplate case, but in principle can be adapted to other geometries and signals, which opens a future research line for extending it to more complex applications. / Anza Hormigo, S. (2014). Multipactor in Multicarrier Systems. Theory and Prediction [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38761 / TESIS

[ES] En los últimos años han proliferado los nuevos sistemas de satélites, sobre todo las grandes constelaciones en las órbitas terrestres bajas. Casi todos los satélites transmiten señales digitales con diversas modulaciones y niveles de potencia. Y no sólo eso, el modelo de negocio exige un rápido despliegue de los satélites, lo que impone enormes restricciones a los proveedores de equipos de carga útil de microondas. Un área de riesgo clave para estos equipos sigue siendo la avería del multipactor bajo niveles de potencia de moderados a altos. Debido a la aleatoriedad inherente al fenómeno multipactor, los clientes tienden a añadir márgenes de diseño adicionales para los componentes de microondas de alta potencia. Esto se traduce en costes más elevados, dispositivos más voluminosos y más tiempo para las pruebas. A partir de la experiencia personal realizando ensayos de multipactor, la principal motivación del trabajo descrito en la tesis ha sido emprender una revisión exhaustiva de este fenómeno y desarrollar capacidades de ensayo multipactor de vanguardia. Proporcionar medios para la prueba rápida de multipactores bajo una variedad de señales moduladas de banda ancha. La tesis demuestra que las modulaciones analógicas y digitales tienen un impacto significativo en el umbral multipactor. También se analizan los regímenes multipactor a corto y largo plazo, regímenes que, en algunos casos, presentan umbrales multipactor muy diferentes para el mismo hueco crítico. La necesidad de reducir el peso de la carga útil de microondas convierte a la multiportadora en una excelente opción para los diseñadores. Al encaminar varias señales a través del mismo dispositivo, el peso de la carga útil se reduce drásticamente. Las soluciones comerciales para pruebas multicarrier no son adecuadas debido a los altos niveles de potencia requeridos. Se presentan varias estrategias para implementar bancos de pruebas multiportadora con parámetros controlables. Los resultados demuestran que la señal generada es precisa y estable en el tiempo. Por último, se propone un novedoso sistema de detección de multipactores para hacer frente a la detección de multipactores cuando se utilizan señales moduladas y multiportadora de cualquier ancho de banda. Este método tiene la misma sensibilidad que el conocido anulador de microondas para señales de onda continua y la supera para señales moduladas. El procesamiento digital de señales utilizado para detectar los patrones multipactor proporciona un método de detección totalmente autónomo. / [CA] En els darrers anys han proliferat els nous sistemes de satèl·lits, sobretot les grans constel·lacions a les òrbites terrestres baixes. Gairebé tots els satèl·lits transmetten dades digitals amb diverses modulacions i nivells de potència. I no només això, el model de negoci exigeix un ràpid desplegament dels satèl·lits, cosa que imposa enormes restriccions als proveïdors de càrrega útil de microones. Una àrea de risc clau per a aquests equips continua sent la descarrega de multipactor sota nivells de potència de moderats a alts. A causa de l'aleatorietat inherent al fenomen multipactor, els clients tendeixen a afegir marges de disseny addicionals per als components de microones d'alta potència. Això es tradueix en costos més elevats, dispositius més voluminosos i més temps per a les proves. A partir de l'experiència personal realitzant assajos de multipactor, la motivació principal del treball descrit a la tesi ha estat emprendre una revisió exhaustiva d'aquest fenomen i desenvolupar capacitats d'assaig multipactor d'avantguarda. Proporcionar mitjans per a la prova ràpida de multipactors sota una varietat de senyals modulats de banda ampla. La tesi demostra que les modulacions analògiques i digitals tenen un impacte significatiu al llindar multipactor. També s'analitzen els règims multipactor a curt i llarg termini, règims que, en alguns casos, presenten llindars multipactor molt diferents per al buit crític mateix. La necessitat de reduir el pes de la càrrega útil de microones fa de la transmissií multiportadora en una excel·lent opció per als dissenyadors. Encaminant diverses senyals a través del mateix dispositiu, el pes de la càrrega útil es redueix dràsticament. Les solucions comercials per a proves multicarrier no són adequades a causa dels alts nivells de potència requerits. Es presenten diverses estratègies per implementar bancs de proves multiportadora amb paràmetres controlables. Els resultats demostren que el senyal amb què s'alimenta el dispositiu sotmès a proves és precís i estable en el temps. Finalment, es proposa un nou sistema de detecció de multipactors per fer front a la detecció de multipactors quan s'utilitzen senyals modulats i multiportadors de qualsevol amplada de banda. Aquest mètode té la mateixa sensibilitat que el conegut anul·lador de microones per a senyals d'ona contínua i la supera per a senyals modulats. El processament digital de senyals utilitzat per detectar els patrons multiactor proporciona un mètode de detecció totalment autònom. / [EN] In the recent past, there has been a proliferation of new satellite systems, especially the large constellations in the Low Earth Orbits (LEOs). Nearly all satellites now carry digital traffic with a variety of modulations and power levels. Not only that, the business model requires rapid deployment of satellites, putting enormous constraints for the suppliers of microwave payload hardware. A key risk area for such equipment remains the multipactor breakdown under moderate to high power levels. Owing to the inherent randomness of the multipactor phenomenon, customers tend to add extra design margins for the high power microwave components. This results in higher costs, bulkier devices and longer time for testing. Based on personal experience in multipactor testing, the prime motivator for the work described in the thesis has been to undertake a comprehensive review of this phenomenon and develop cutting edge multipactor test capabilities, providing means for the rapid multipactor testing under a variety of wide-band modulated signals. The thesis dissertation shows that analog and digital modulations have a significant impact in the multipactor threshold. The short and long-term multipactor regimes are also analyzed, regimes that, in some cases, have very different multipactor thresholds for the same critical gap. The need to reduce the microwave payload weight by using multicarriers in a single transponder provides an excellent option for designers. By routing several signals through the same device, the payload weight is dramatically reduced. Commercial solutions for multicarrier testing are not suitable because of the high power levels required. Several strategies to implement multipactor test benches with controllable parameters are presented. Results prove that the signal being fed to the device under tests is accurate and stable over time. Finally, a novel multipactor detection system is proposed to cope with multipactor detection when modulated and multicarrier signals of any bandwidth are used. This method has the same sensitivity as the well known microwave nulling for continuous wave signals and surpasses it for modulated signals. The digital signal processing used to detect the multipactor patterns provides a full autonomous detection method. / Monerris Belda, Ó. (2023). Advanced Techniques for Multipactor Testing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192786

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El efecto multipactor de ruptura en RF ha sido objeto de numerosos estudios desde hace más de 80 años, a partir del desarrollo de los primeros aceleradores de partículas en la primera mitad del siglo XX. A mediados de ese siglo, con el desarrollo de fuentes de alta potencia para aplicaciones radar y la llegada de los satélites artificiales, la investigación del multipactor cobró una considerable relevancia, al convertirse este fenómeno en un riesgo determinante para costosos proyectos comerciales. Las guías de onda con secciones rectas canónicas, como las rectangulares o las coaxiales, han sido tradicionalmente las más utilizadas en dispositivos de microondas. Sus principales ventajas son que sus campos electromagnéticos pueden resolverse analíticamente, lo que permite su aplicación directa en diseños complejos, y la simplicidad de su fabricación. Pero las capacidades de computación y las prestaciones de los algoritmos se han multiplicado con los años, lo que ha permitido ampliar el espectro de posibles topologías a geometrías casi arbitrarias, ofreciendo al diseñador una mayor libertad creativa. En todo caso, gran parte de los dispositivos de microondas actuales siguen confiando en la madurez y fiabilidad de las tecnologías de guía de onda tradicionales, que no requieren una inversión adicional en equipos de fabricación. La supresión del efecto multipactor es la motivación para arriesgarse a probar topologías de guía de onda innovadoras, como la guía en forma de cuña. Es en este contexto donde este trabajo de doctorado pretende ofrecer una contribuci'on. En primer lugar, se ha desarrollado un modelo numérico para predecir el efecto multipactor de ruptura en guías de onda huecas en forma de cuña. Esta herramienta ha permitido la identificación de criterios óptimos de diseño. Así mismo, se ha adaptado un método de síntesis de filtros paso-banda en guía rectangular para poder realizar un diseño similar pero basado en la nueva topología. Como culminación, las estructuras diseñadas se han fabricado y medido, con el fin de comprobar sus prestaciones electromagnéticas y su sensibilidad al efecto multipactor. Se ha registrado además una patente para proteger estos nuevos filtros. En resumen, el trabajo ha abarcado el ciclo de actividades relacionadas con el desarrollo industrial completo de un dispositivo pasivo de microondas: investigación básica, análisis, diseño, fabricación y calificación con medidas en el laboratorio. Estas medidas han comprobado la mejora prevista en los umbrales de multipactor de los filtros de microondas con topología en forma de cu¿na, y han confirmado que pueden ofrecer respuestas en frecuencia similares a aquellas de filtros basados en una guía de onda rectangular equivalente. Las implicaciones de los resultados han sido evaluadas a fondo y resumidas en este documento. Como observación final, se ha intentado redactar esta investigación de manera que refleje el proceso natural de aprendizaje, mostrando los aciertos y errores experimentados en el camino, todos los cuales han conducido al resultado final. Este reto no hubiera sido posible sin el apoyo y compromiso de varios profesionales de diferentes centros de investigación e industrias europeas (Universidad Politécnica de Valencia, Universidad de Valencia, Agencia Espacial Europea, Thales Alenia Espacio Espa¿na, Technische Universit¿at Darmstadt, 'Ecole Polythecnique F'ed'erale de Lausanne, Tesat, Aurora Software and Testing y Val Space Consortium), a los cuales estoy agradecido. / The multipactor RF breakdown effect has been object of numerous studies for over 80 years, since the development of the first particle accelerators in the beginning of the 20th century. Around the middle of that century, with the development of high power sources for radar applications and with the emergence of the artificial satellites, a new impulse was given to the multipactor research, since it became a risk for expensive commercial projects. Traditionally, waveguides with canonical cross sections, like rectangular or coaxial ones, have been the building blocks of most microwave devices. Their main advantages are that their electromagnetic fields can be solved analytically, enabling their direct application in complex designs, as well as their manufacturing simplicity. But over the years the computation capabilities and algorithms have continuously evolved, which has broadened the spectrum of possible topologies to almost arbitrary geometries, offering the designer more room for creativity. However, most of the current microwave devices still trust on the mature canonical waveguide technologies, which do not require an additional investment in manufacturing equipment. The suppression of the multipactor effect is the motivation for considering an innovative waveguide topology, like the wedge-shaped waveguide. It is within this context where this PhD work aims to offer a contribution. On the one hand, a numerical model for predicting the multipactor breakdown effect in wedge-shaped hollow waveguides has been developed. This tool has aided in the derivation of optimised design criteria. On the other hand, a bandpass filter synthesis method for rectangular waveguide has been adapted in order to calculate a similar design based on the new topology. As a culmination, the designed structures have been manufactured and tested, in order to verify their electromagnetic performance and their multipactor sensibility. A patent was also filed to protect these new filters. In short, this work has comprised the cycle of activities related to the whole industrial development of a passive microwave device: basic research, analysis, design, manufacturing and qualification through testing. These measurements have verified the predicted improvement in the multipactor thresholds of microwave filters with wedge-shaped topology, and have confirmed that they can offer similar frequency responses to the equivalent rectangular waveguide ones. The implications of the results have been thoroughly evaluated and summarised in this document. As a final remark, this research document has been drafted to reflect the natural learning process, and to show the rights and wrongs experienced in the way, which all have led to the final result. Such an endeavour would not have been possible without the support and commitment of several professionals from different European research centres and industries (Universidad Polit'ecnica de Valencia, Universidad de Valencia, European Space Agency, Thales Alenia Espacio Spain, Technische Universit¿at Darmstadt, 'Ecole Polythecnique F'ed'erale de Lausanne, Tesat, Aurora Software and Testing and Val Space Consortium), for which I am grateful. / Hueso González, J. (2013). Analysis of wedge-shaped waveguides and design of multipactor-resistant microwave bandpass filters. Análisis de guías de onda en forma de cuña y diseño de filtros de microondas paso-banda resistentes al efecto multipactor [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33750 / Alfresco

La fusion nucléaire contrôlée par confinement magnétique avec les réacteurs de type Tokamaks et les applications spatiales ont en commun d’utiliser des composants Haute-Fréquence (HF) sous vide à forte puissance. Ces composants peuvent être sujets à l’effet multipactor qui augmente la densité électronique dans le vide au sein des systèmes, ce qui est susceptible d’induire une dégradation des performances des équipements et de détériorer les composants du système. Ces recherches consistent à améliorer la compréhension et la prédiction de ces phénomènes. Dans un premier temps nous avons réalisé une étude de sensibilité de l’effet multipactor au rendement d’émission électronique totale (noté TEEY). Cette étude a permis de montrer que l’effet multipactor est sensible à des variations d’énergies autour de la première énergie critique et dans la gamme d’énergies entre la première énergie critique et l’énergie du maximum. De plus, les composants HF utilisés dans les réacteurs Tokamak et dans le domaine du spatial peuvent être soumis à un champ magnétique continu. Nous avons donc développé un nouveau dispositif expérimental afin d’étudier ce phénomène. Le fonctionnement du dispositif et la méthode de mesure ont été analysées et optimisées à l’aide de modélisations numériques avec le logiciel PIC SPIS. Une fois que l’utilisation du dispositif a été optimisée et que le protocole de mesures a été validé, nous avons étudié l’influence d’un champ magnétique uniforme et continu sur le TEEY du cuivre. Nous avons démontré que le rendement d’émission électronique totale du cuivre est influencé par la présence d’un champ magnétique et par conséquent également l’effet multipactor. / Space communication payload as well as magnetic confinement fusion devices, among other applications, are affected by multipactor effect. This undesirable phenomenon can appear inside high frequency (HF) components under vacuum and lead to increase the electron density in the vacuum within the system. Multipactor effect can thus disturb the wave signal and trigger local temperature increases or breakdowns. This PhD research aims to improve our understanding and the prediction of the multipactor effect. The multipactor phenomenon is a resonant process which can appear above a certain RF power threshold. To determine this power threshold, experimental tests or/and simulations are commonly used. We have made a study to evaluate the multipactor power threshold sensitivity to the TEEY. Two particular critical parameters have been found: first cross-over energy and the energies between the first cross-over and the maximum energies. In some situations, the HF components are submitted to DC magnetic fields which might affect the electron emission properties and hence the multipactor power threshold. Current multipactor simulation codes don’t take into account the effect of the magnetic field on the TEEY. A new experimental setup specially designed to investigate this effect was developed during this work. Our new experimental setup and the associated TEEY measurement technique were analysed and optimized thanks to measurements and SPIS simulations. We used the setup to study the influence of magnetic field perpendicular to the sample surface on the TEEY of copper. We have demonstrated that the magnetic field affects the copper TEEY, and hence multipactor power threshold.

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