Research on numerical methods based on integral equations for the analysis of microwave devices for space communications

• Autores: Antonio Manuel Huéscar de la Cruz
• Directores de la Tesis: Fernando Daniel Quesada Pereira (dir. tes.), Alejandro Melcón Álvarez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2026
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Investigación en métodos numéricos basados en ecuación integral para el análisis y diseño de dispositivos de radiofrecuencia para comunicaciones espaciales
• Tribunal Calificador de la Tesis: Benito Gimeno Martínez (presid.), Ángela María Coves Soler (secret.), Eduard Úbeda Farré (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones por la Universidad Politécnica de Cartagena
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Antenas
      • Diseño de filtros
      • Dispositivos de microondas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
• Resumen
  • español

    En esta tesis doctoral se han desarrollado técnicas de Ecuación Integral para el análisis de estructuras en guías de onda rectangulares con objetos 3D homogéneos de geometría arbitraria, así como de dispositivos radiantes como antenas y filtenas de bocina. El objetivo principal ha sido ampliar el estado del arte de las técnicas de Ecuación Integral basadas en el Método de los Momentos, proponiendo mejoras orientadas a incrementar su eficiencia. La primera parte se centra en optimizar la evaluación de las funciones de Green de la guía de onda rectangular y de sus derivadas espaciales, cuyo cálculo directo resulta costoso. Para ello se han propuesto expresiones equivalentes que permiten su evaluación eficiente, validadas mediante pruebas de convergencia y análisis de campos eléctricos. Asimismo, dentro del marco del Método de los Momentos, se han planteado una serie de estrategias para reducir el coste computacional de la matriz de momentos, que constituye la etapa más exigente de las técnicas de Ecuación Integral desarrolladas en la tesis doctoral. La parte central aborda el desarrollo de técnicas de Ecuación Integral para circuitos de microondas en tecnología de guía de onda con objetos conductores 3D de forma arbitraria, incluyendo configuraciones complejas como discontinuidades, circuitos multipuerto y dispositivos radiantes (antenas, filtenas y filtros SIW con aperturas externas). Las estrategias de optimización de la primera parte se han integrado en estas formulaciones, logrando un análisis preciso y competitivo. Finalmente, se presenta una técnica para el análisis de dispositivos de microondas con la inclusión de objetos 3D homogéneos de forma arbitraria, que permite estudiar configuraciones más complejas con materiales dieléctricos/magnéticos, conductores o combinaciones de ambos. Como en los casos anteriores, se han aplicado las estrategias de optimización desarrolladas, garantizando un rendimiento computacional eficiente y preciso.

  • English

    In this Ph.D dissertation, Integral Equation techniques have been outlined for the analysis of structures in rectangular waveguides containing homogeneous 3D objects of arbitrary geometry, as well as for radiating devices such as antennas and horn filtennas. The main objective has been to advance the state of the art in Integral Equation methods based on the Method of Moments, by introducing improvements specifically designed to enhance their computational efficiency. The first part is focused on optimizing the evaluation of Green's functions of the rectangular waveguide and their spatial derivatives, whose direct calculation is computationally expensive. To address this, equivalent expressions have been proposed that enable their efficient evaluation, validated through convergence tests and electric field analyses. In addition, within the framework of the Method of Moments, several strategies have been introduced to reduce the computational cost associated with the moment matrix, which constitutes the most computationally intensive stage of the Integral Equation techniques developed in this Ph.D dissertation. The central part addresses the development of Integral Equation techniques for microwave circuits in waveguide technology with arbitrarily shaped 3D conducting objects, including complex configurations such as discontinuities, and radiating devices (antennas, and SIW filters with external apertures). The optimization strategies from the first part have been integrated into these formulations, achieving accurate and competitive analysis. Finally, a technique is presented for analyzing microwave devices with the inclusion of arbitrarily shaped 3D homogeneous objects, which enables the study of more complex configurations with dielectric/magnetic materials, conductors, or combinations of both. As in the previous cases, the optimization strategies outlined have been applied, ensuring efficient and accurate computational performance.