Development of passive communication devices using metamaterials and guided-planar hybrid topologies
- Autores: Leticia Martínez Cano
- Directores de la Tesis: Angel Belenguer Martínez (dir. tes.), Alejandro Lucas Borja (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Angela Coves Soler (presid.), Juan José de Dios de Dios (secret.), Akram Alomainy (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUIdeRA
- Resumen
Actualmente, existe un gran interés en incorporar componentes fabricados mediante tecnologías planares en sistemas de comunicaciones. Esto se debe a que estos dispositivos son fáciles de fabricar y de bajo coste ya que se elaboran a partir de placas de circuito impreso (PCBs). Además, sus altos niveles de compactación y su fácil integración con otros circuitos implementados en tecnología de estado sólido (mezcladores y amplificadores) hacen de la tecnología planar un firme candidato para desarrollar prototipos para sistemas de comunicaciones en las bandas de microondas y milimétricas. Sin embargo, uno de los aspectos más relevantes a considerar en el diseño de soluciones planares a altas frecuencias son las pérdidas asociadas a dicha tecnología, que resultan muy elevadas debido al uso de sustratos dieléctricos. Con el fin de superar el problema de las altas pérdidas a alta frecuencia, reducir el tamaño y aumentar los grados de libertad en el diseño de los dispositivos más habituales, se explorarán dos tecnologías planares novedosas. En primer lugar, se desarrollarán dispositivos pasivos basados en metamateriales y en segundo lugar basados en guías vacías integradas en sustrato. Concretamente, se estudiarán dos guías vacías integradas en sustrato: Empty Substrate Integrated Waveguide (ESIW) y Empty Substrate Integrated Coaxial Line (ESICL). Ambas tecnologías presentan propiedades muy interesantes desde el punto de vista de la reducción del tamaño en el caso de los metamateriales y de volumen en el caso de las guías, de la obtención de respuestas reconfigurables y de las pérdidas de inserción.
El primer dispositivo pasivo microondas basado en metamateriales estudiado es un filtro paso alto. Este filtro está diseñado y fabricado sobre una línea microstrip cargada con un complementary split ring resonator (CSRR). Para conseguir un comportamiento paso alto con esta estructura metamaterial, la línea de transmisión ha sido modificada incrementando el acoplamiento eléctrico del resonador. El resto de dispositivos basados en estructuras metamateriales son filtros pasobanda diseñados y fabricados sobre una línea de transmisión coplanar acoplada a dos split ring resonator (SRR) que están cargados con dos diferentes elementos reactivos. Estos elementos reactivos proporcionan a los dispositivos dos comportamientos diferentes que muestran características de propagación opuestas: transmisión de tipo CRLH-like (balanced composite right/left-handed-like) y DCRLH-like (dual balanced composite right/left-handed-like).
Los dispositivos basados en guías planares integrados en sustrato vacío responden a necesidades que han ido surgiendo durante la investigación:
- El primero de ellos es un kit de calibración para ESIW. Este kit de calibración thru-reflect-line ha sido diseñado y fabricado para eliminar de la medida los efectos producidos por los conectores y las transiciones del dispositivo medido.
- El segundo es un filtro paso banda compacto basado en inversores, con un ancho de banda estrecho, diseñado y fabricado en tecnología ESICL que trabaja a 13 GHz. Este filtro responde a la necesidad de reducir la longitud de los filtros diseñados en esta tecnología. Aprovechando la naturaleza multicapa de la ESICL, se utilizan tres de las capas de la línea coaxial en vez de solo una, modificando la estructura del inversor de impedancia utilizado en otros filtros diseñados previamente en esta tecnología. Además, en baja frecuencia esta necesidad de compactación es aún más importante. Por eso se ha diseñado y fabricado un filtro paso banda aún más compacto que trabaja a 3 GHz. Para obtener este filtro, los inversores son modificados de nuevo, doblando el inversor anterior un ángulo de 180o para que los resonadores sean paralelos, obteniendo así un grado mayor de compactación.
- Por último, se han diseñado dos dispositivos no recíprocos que aún no han sido presentados en estas tecnologías planares. Estos dispositivos son circuladores de unión en Y basados en ferrita. Han sido diseñados para dos bandas diferentes: banda Ka con tecnología ESIW y banda Ku con tecnología ESICL. Este último circulador ha sido además fabricado y medido para comprobar su comportamiento en diferentes situaciones: medidas con un electroimán, medidas con imanes y se le ha realizado un test de temperatura.
