La miniaturización de componentes de microondas es uno de los retos de los
dispositivos de comunicación actuales y futuros. Por esta razón, esta tesis está
orientada al estudio de nuevas estrategias de miniaturización de componentes
planares de microondas no radiativos. A lo largo de este trabajo, se han aplicado
diferentes técnicas de miniaturización para el diseño de diversos componentes de
microondas como dispositivos multi-banda o filtros, incluyendo también
implementaciones eléctricamente reconfigurables.
Para obtener esta compactación de tamaño requerida y/o funcionalidad multi-banda,
se proponen nuevas líneas artificiales basadas en los resonadores semi-discretos
open split ring resonators (OSRRs) y open complementary split ring resonators
(OCSRRs). De esta forma, se presentan nuevas líneas de transmission compuestas
zurdo diestras (composite right-left handed o CRLH) aplicándose al diseño de
inversores de impedancia, divisores de potencia y filtros paso banda de banda ancha.
Adicionalmente, mediante la combinación de estos resonadores con componentes
semi-disctretos adicionales, se presentan líneas CRLH extendidas (E-CRLH) y se
aplican a la implementación de inversores de impedancia, divisores de potencia y
híbridos en cuadratura con funcionalidad en cuatro bandas (quad-band), así como
filtros paso banda de banda dual. Para demostrar y validar su funcionalidad, se
implementan y fabrican diferentes demostradores de prueba de concepto para todos
los dispositivos anteriormente mencionados, obteniendo un buen ajuste entre las
simulaciones y la medida. Además, también se presentan los modelos circuitales, así
como la metodología de diseño basada en el método de extracción de parámetros. A
través de este método, se demuestra que los modelos circuitales proporcionan una
descripción precisa de las estructuras consideradas.
También se estudia la reconfigurabilidad de las líneas CRLH presentadas
considerando sustratos ferroeléctricos, específicamente titanato de bario estroncio
(barium-strontium-titanate o BST). Mediante esta técnica, se demuestra la
reconfigurablidad de estas líneas CRLH, obteniendo un rango de sintonía simulada y
medida del 36.6%. Una vez experimentalmente validada esta técnica, se dota de
reconfigurabilidad a los componentes mono banda y de banda dual basados en líneas
CRLH previamente presentados, explorando tanto la metodología como sus
limitaciones.
Finalmente, también se presentan nuevos filtros compactos con respuestas abruptas
basados en los resonadores de salto de impedancia (stepped-impedance-resonators
o SIRs) acoplados a una línea de transmisión coplanar. Tras analizar el resonador
aislado y su modelo circuital, se diseñan filtros elípticos paso bajo y paso alto, así
como filtros paso banda con ceros de transmisión mediante la teoría de filtros
convencional, obteniendo estructuras con un alto grado de compactación y buena
funcionalidad. / The miniaturization of microwave components is one of the challenges of present and
future communication devices. For this reason, this thesis is focused on the study of
new miniaturization strategies for planar non-radiating microwave components.
Throughout this work, different miniaturization approaches have been applied to the
design of several microwave components such as multi-band devices and filters,
including also electronically tunable implementations.
To obtain the required compact sizes and/or multi-band functionality, new artificial
lines based on the semi-lumped open split ring resonators (OSRRs) and open
complementary split ring resonators (OCSRRs) are proposed. Firstly, composite right-/
left-handed (CRLH) transmission lines are presented, applying such lines to the design
of dual-band impedance inverters and Y-junction power dividers, as well as wideband
band-pass filters. In addition, by combining these resonators with additional semilumped
components, extended composite right-/left-handed (E-CRLH) transmission
lines are also reported and applied to implement quad-band impedance inverters,
power dividers, branch-line couplers and dual-band band-pass filters. To demonstrate
and validate its functionality, different proof-of-concept demonstrators for all the
aforementioned devices are implemented and fabricated, where a good agreement
between simulations and measurement is obtained. Furthermore, the circuit models
and the design methodology for all the presented devices are also reported, based on
a parameter extraction method. Through this method it is demonstrated that the circuit
models provide an accurate description of the considered structures.
The tunability of such CRLH lines is also analyzed by means of barium-strontiumtitanate
(BST) thick-films. With this approach, a tunable CRLH line with simulated and
measured tunability range of 36.6% is demonstrated. Once this approach is
experimentally validated, the previously presented mono-band and dual-band
components based on the CRLH lines are provided with this tunability, exploring both
its methodology and limitations.
Finally, new compact filters with sharp responses are also presented based on
stepped-impedance-resonators (SIRs) coupled to coplanar waveguide (CPW) host
transmission lines. After analyzing the isolated resonator and its circuit model, elliptictype
low-pass and high-pass filters, as well as band-pass filters with transmission zeros
are designed through the conventional filter theory, where a high-degree of
compactness as well as good performance is demonstrated.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/51004 |
| Date | 26 July 2011 |
| Creators | Durán-Sindreu Viader, Miguel |
| Contributors | Martín Antolín, Ferran, Bonache Albacete, Jordi, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 166 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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