Diseño de dispositivos de microondas en tecnología de guía de onda ridge doble vacía integrada en substrato (DRESIW) para aplicaciones de banda ancha

Abstract

[ES] El crecimiento exponencial del sector de las telecomunicaciones así como las aplicaciones con requerimientos cada vez más exigentes, plantea la necesidad de tecnologías de elevadas prestaciones, fáciles de fabricar e implementar, dimensiones y coste reducidos. En la búsqueda de una tecnología que pudiera satisfacer dichos requisitos nace la guía integrada en substrato (Substrate Integrated Waveguide - SIW), que posee una peor respuesta que las guías de onda convencionales y unas pérdidas asociadas al dieléctrico, pero presenta un reducido coste y una fácil fabricación. En aras de seguir mejorando y conseguir tecnologías más eficientes fue desarrollada la guía vacía integrada en sustrato (Empty substrate integrated waveguide - ESIW), la cual presenta una gran ventaja en comparación con su antecesora, que es sus reducidas pérdidas debido a la eliminación del dieléctrico y a la propagación de la onda a través del vacío. La novedosa tecnología posee una respuesta más cercana a las guías ondas convencionales, con una estructura más compacta, fácil implementación y coste reducido, por lo tanto se trata de una tecnología prometedora.

Todas las tecnologías expuestas presentan la limitación en ancho de banda de las guías convencionales que viene dada por la propagación de un único modo. Recientemente, con el objetivo de conseguir dispositivos que operen con elevados anchos de banda fue presentada la guía ridge en tecnología de guía de onda vacía integrada en substrato (Ridge Empty Substrate Integrated Waveguide - RESIW) y su transición a línea microstrip permitiendo el desarrollo de nuevos dispositivos. Sin embargo, aunque la RESIW suponga un gran avance para cubrir la tendencia de las aplicaciones de elevado ancho de banda, aún se pueden conseguir mayores anchos de banda con la guía ridge doble en tecnología de guía de onda vacía integrada en substrato (Double Ridge Empty Substrate Integrated Waveguide - DRESIW) la cual se desarrolla en dicho trabajo final de máster.

Por lo tanto, el presente trabajo final de máster aborda la implementación de la DRESIW y de su transición a línea microstrip permitiendo de esta manera la interconexión con otros elementos, así como la implementación de dispositivos de microondas para aplicaciones de banda ancha en dicha tecnología. En concreto, se han diseñado varios dispositivos que se pueden encontrar en los sistemas convencionales de comunicación vía satélite, como son filtros paso banda y divisores. Por consiguiente, se han desarrollado todas las fases implicadas en los procesos convencionales de fabricación de dispositivos de microondas, que consisten en el estudio del estado del arte, el desarrollo de los diseños propuesto, la aplicación de los procesos de optimización, y finamente la fabricación y medición del dispositivo, validando de esta manera su respuesta.

[EN] The exponential growth of the telecommunications sector as well as the applications with increasingly demanding requirements, raises the need for high performance technologies, easy to manufacture and implement, reduced dimensions and cost. In the search for a technology that could satisfy these requirements, the Substrate Integrated Waveguide (SIW) was born, which has a worse response than conventional waveguides and some losses associated with the dielectric, but presents a reduced cost and easy manufacture. In order to continue improving and achieving more efficient technologies, the Empty substrate integrated waveguide (ESIW) was developed, which has a great advantage compared to its predecessor, which is its reduced losses due to the elimination of the dielectric and the propagation of the wave through the vacuum. The new technology has a closer response to conventional waveguides, with a more compact structure, easy implementation and reduced cost, therefore it is a promising technology.

All the above technologies have the bandwidth limitation of conventional waveguides that is given by the propagation of a single mode. Recently, with the aim of achieving devices that operate with high bandwidths was presented the Ridge Empty Substrate Integrated Waveguide (RESIW) and its transition to microstrip line allowing the development of new devices. However, although RESIW is a major step forward in addressing the trend of high-bandwidth applications, higher bandwidths can still be achieved with the Double Ridge Empty Substrate Integrated Waveguide (DRESIW) technology developed in this final master paper.

Therefore, this final master's thesis deals with the implementation of DRESIW and its transition to microstrip lines, thus allowing the interconnection with other elements, as well as the implementation of microwave devices for broadband applications in this technology. Specifically, several devices that can be found in conventional satellite communication systems have been designed, such as bandpass filters and power dividers. Therefore, all the phases involved in the conventional processes of manufacturing microwave devices have been developed, which consist of the study of the state of the art, the development of the proposed designs, the application of the optimization processes, and finally the manufacturing and measurement of the device, thus validating its response.