Contribución al análisis y diseño de circuitos de microondas y antenas mediante el método de elementos finitos y el uso de puertas no planas

Programa de Doctorado en Tecnología Aeroespacial: Ingenierías Electromagnética, Electrónica, Informática y Mecánica.En esta tesis doctoral, se realiza en primer lugar una revisión de las características de las guías de onda integradas en sustrato y de la herramienta híbrida en la que se basa la tesis. A continuación, se presenta una formulación rápida y eficiente para el análisis y diseño de circuitos de microondas basados en guías integradas en sustrato. Esta formulación es ampliada para el análisis y diseño de agrupaciones de antenas alimentadas por guías integradas en sustrato. Finalmente, la formulación es modificada para obtener tiempos de iteración extremadamente bajos en un proceso de diseño completo. Esta nueva modificación se utiliza para realizar un proceso de optimización de una agrupación de antenas de ranura sobre guía integrada en sustrato a una frecuencia de operación de 17GHz. Dos de estos diseños optimizados son fabricados y experimentalmente caracterizados, con el fin de comprobar la capacidad de producir diseños reales de la formulación. Con esta nueva formulación, se realiza un estudio de antenas de parche situadas sobre cavidad metálica, con objetivo de establecer el menor número necesario de vías metalizadas para obtener un efecto de cavidad metálica tradicional. La formulación se utiliza también para realizar un proceso de diseño completo de un divisor de potencia de 1 a 4 sobre guía de onda integrada en sustrato. También se presenta la posibilidad de emplear la formulación desarrollada en otras tecnologías similares a la guía de onda. El trabajo se completa con un estudio de transiciones desde tecnología planar a guía de onda integrada en sustrato.In this Ph. D. Thesis, a revision of the characteristics of substrate integrated waveguide and the hybrid software tool is carried out. After that, a new fast and efficient formulation for the analysis and design of microwave circuits based on substrate integrate waveguide is presented. The formulation is then expanded to analyze and design antenna arrays fed by substrate integrated waveguide. Finally, the formulation is modified to obtain extremely low iteration times in a complete design process. The final modification is used to perform the optimization process of a slot array fed by substrate integrate waveguide. This antenna is designed to operate at 17 GHz. Two of the final optimized designs are manufactured and experimentally characterized, testing the formulation capability to produce realizable designs. The new expanded formulation is used to perform a study of microstrip patch antennas backed by metallic cavity. The purpose of this study is to find the minimum required number of metallized via holes to obtain a traditional metallic cavity effect. A complete process design of a 1 to 4 power divider, based on substrate integrated waveguide, is also performed using the expanded formulation. Other possible waveguide technologies where the developed formulation can also be employed are discussed. The work is completed with a study of transition from planar technology to substrate integrated waveguide.- Ministerio de Economía y Empresa de España (MINECO), la Agencia Estatal de Investigación de España (AEI) y el programa FEDER (Unión Europea), bajo los proyectos TEC2017-83352-C2-2-P y TEC2017-83352-C2-1-P. - FEDER (Unión Europea) y la Junta de Extremadura bajo los proyectos con código GR18055 y GR21072. - Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades bajo el Subprograma Estatal para Equipamiento científico-técnico e Infraestructuras para Investigación a través del Laboratorio de prototipado y medida de RF con referencia EQC2019-005583-P. - Ministerio de Educación, Cultura y Deporte de España (MECD) mediante una beca FPU a Alfonso Gómez García (FPU17/00825)