Los filtros de microondas son elementos clave en todos los sistemas de comunicaciones ya que permiten discriminar una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal que pasa a través de él. Si nos centramos en los filtros de microondas para aplicaciones vía satélite, el constante aumento de los servicios que deben prestar los satélites de comunicaciones ha llevado a que el espectro radioeléctrico esté más congestionado. Lo que ha producido una enorme demanda de filtros de altas prestaciones que satisfagan unas especificaciones muy estrictas.

Hasta la fecha las aplicaciones comerciales de microondas principalmente vienen utilizando filtros en tecnología guiada compuestos únicamente de metal, debido principalmente a sus bajas pérdidas y a la gran capacidad de manejo de potencia. Como consecuencia, el análisis de este tipo de filtros ha sido objeto de numerosos estudios, lo que ha permitido a la industria del sector su fabricación y comercialización. Sin embargo, los filtros metálicos tienen restricciones significativas, especialmente cuando se diseñan para satélites de comunicaciones u otras aplicaciones espaciales, ya que su peso y tamaño suelen ser elevados muy a menudo y, debido a que operan en el vacío, el efecto Multipactor limita considerablemente la potencia que dichos filtros pueden transmitir.

En la actualidad, están surgiendo nuevas topologías de filtros avanzados basadas en la tecnología de filtros con dieléctricos. Estas nuevas topologías ofrecen una reducción importante en masa y volumen de alrededor del 50% comparado con la tecnología solo metal y una gran estabilidad térmica para aplicaciones de alta potencia. Además, estas topologías muestran un descenso importante del riesgo de ruptura por efecto Multipactor o descarga en vacío entre las superficies metálicas, y consecuentemente el filtro podría transmitir una potencia mayor. 

Por lo tanto, durante los últimos años se ha producido un rápido desarrollo de herramientas de análisis electromagnético (EM) muy precisas. Este hecho junto con el incremento de las capacidades computacionales de los ordenadores modernos, ha hecho posible la simulación precisa de este tipo de estructuras en un reducido tiempo. Pero a pesar de todos los esfuerzos realizados hasta la fecha en este campo de actividad, en la etapa de diseño de los citados filtros suele requerirse la intervención manual de un usuario experto de los diversos programas que permiten analizar y diseñar estas estructuras. Esta intervención ralentiza el proceso de diseño de los citados filtros, y no garantiza la obtención de la solución óptima. Todo ello, ha producido una necesidad de desarrollar herramientas CAD (Computer Aided Design) basadas en el uso de simuladores electromagnéticos precisos y eficientes.

El objetivo general de esta Tesis consiste en el desarrollo de nuevas estrategias de diseño automatizado de filtros avanzados para comunicaciones espaciales con el objetivo de integrarlas dentro de herramientas CAD. Para ello, se seguirán las técnicas clásicas de diseño para filtros de microondas descritas en la bibliografía y se adaptarán a las nuevas topologías bajo diseño. Ello obligará al desarrollo e implementación de diferentes estrategias de optimización basadas en: la síntesis del punto inicial, la segmentación de la estructura bajo diseño, la hibridación de diferentes algoritmos de optimización y el concepto de mapeado espacial. Sin embargo, todas ellas deberán cumplir las siguientes premisas: robustez, eficiencia y precisión. 

Estas nuevas estrategias se han utilizado para el diseño de varios filtros novedosos en plano H, que se presentan en esta Tesis, con diferentes topologías que incluyen desde filtros inductivos en plano H todo metálicos hasta filtros en modo evanescente con resonadores dieléctricos. El comportamiento de estos filtros en términos de respuesta en frecuencia, ancho de banda libre de espurios y potencia transmitida sin riesgo de ruptura por efecto Multipactor, se ha evaluado mediante las herramientas de análisis utilizadas por las estrategias de diseño y, en algunos casos, también con medidas hechas en filtros fabricados expresamente.