Resumen
Actualmente, los sistemas de comunicaciones imponen unos requisitos muy estrictos sobre el equipamiento en la banda de microondas. El diseño de estos componentes está supeditado, frecuentemente, a la disponibilidad de herramientas de modelado electromagnético (EM) que sean capaces de analizar geometrías complejas. A pesar del amplio uso de herramientas CAE (computer-aided engineering) de propósito general para la verificación final de prototipos, su potencial aplicación durante el proceso de diseño es limitada. Los diseños óptimos exigen realizar una gran cantidad de simulaciones EM. Dado que las simulaciones con estas técnicas tienen un alto coste computacional, los diseñadores suelen optar por emplear herramientas software especializadas en las estructuras que diseñan. Por tanto, el desarrollo de nuevas herramientas más precisas y eficientes ayudará a reducir el tiempo de diseño de estos productos, y con ello los costes asociados. Además, permitirá abrir nuevas líneas de investigación para responder a los retos que plantean geometrías cada vez más complejas.
Esta tesis se centra en el desarrollo de una herramienta de análisis EM para un tipo concreto de estructuras: cavidades bidimensionales de sección arbitraria. Es habitual encontrar este tipo de estructuras en la mayoría de componentes implementados en guía rectangular. Por tanto, el rango de aplicación de la teoría desarrollada en esta tesis es muy amplio. En concreto, se ha desarrollado una nueva formulación basada en métodos modales que permite realizar una caracterización de onda completa de estas estructuras de forma eficiente y precisa. Al aprovechar su simetría geométrica y electromagnética, la herramienta desarrollada puede minimizar los cálculos a realizar, consiguiendo grandes velocidades de computación pero manteniendo una alta precisión. Gracias a la integración de esta formulación dentro de una herramienta CAE basada en métodos modales, se ofrece la posibilidad a los diseñadores de resolver sistemas muy complejos que combinan este tipo de cavidades con otros componentes de geometrías distintas.
Esta formulación se aplica, en primer lugar, al análisis y diseño de componentes pasivos comunes, tales como filtros, multiplexores y OMTs. Estos ejemplo validan la herramienta desarrollada, y demuestran la significativa mejora que supone el uso de esta nueva técnica con respecto a otros paquetes software de análisis electromagnético. Asimismo, al combinar esta formulación con la herramienta SPARK3D se abre la posibilidad de predecir la aparición de fenómenos de descarga de alta potencia en determinadas estructuras bidimensionales.
A continuación, se proponen nuevas formas de implementar filtros cuasi-elípticos basados en la interconexión de cavidades bi-dimensionales. Se hace especial hincapié en la realización de múltiples ceros de transmisión mediante estructuras compactas que no requieran sintonía. Por una parte se estudian los filtros hybrid-folded rectangular waveguide. Este trabajo incluye una discusión en profundidad sobre distintas implementaciones de este tipo de filtros. En ella se consideran aspectos prácticos relacionados con su uso e implementación física, que ofrecen al diseñador unos criterios claros para elegir la estructura que más se ajuste a sus especificaciones. Por otra parte se presenta un nuevo obstáculo de naturaleza capacitiva muy compacto, que permite la realización de múltiples ceros de transmisión incluso en estructuras en línea. En ambos casos se incluyen ejemplos de aplicación y se describe la metodología seguida para su diseño.
Finalmente, se expone un procedimiento sistemático para diseñar multiplexores de banda ancha. Para prevenir la generación de resonancias indeseadas se evitan, en la medida de lo posible, las interconexiones mediante tramos cortos de guía. Siguiendo una metodología simple se consigue un excelente punto inicial para su optimización. La tesis culmina con el diseño de un cuadruplexor para medida de PIM en banda C.
