Diseño de una transición entre guía vacía integrada en sustrato y una bocina fabricada mediante impresión 3D

Abstract

[ES] Las nuevas generaciones de comunicaciones como son los satélites de pequeñas dimensiones, así como las comunicaciones móviles, requieren de componentes de radiofrecuencia que sean cada vez más compactos, con bajo peso, mientras mantienen las prestaciones eléctricas. Convencionalmente, las tecnologías de fabricación sustractivas han sido extendidas y desarrolladas para el desarrollo de dichos componentes, que son implementados en tecnologías planares, o en medios guiados tridimensionales. Con el fin de satisfacer las nuevas necesidades de los sistemas, se ha propuesto el uso de las técnicas de fabricación aditiva o impresión 3D, y las tecnologías integradas en sustrato. Por un lado, las tecnologías integradas en sustrato integran una estructura tridimensional, en una tecnología planar. Por lo tanto, son una solución de bajo peso, coste, y con una mejor respuesta eléctrica en comparación con las convencionales planares. No obstante, presentan la limitación en altura debido al uso de sustratos. Por otro lado, las tecnologías de fabricación aditiva o impresión 3D, permiten implementar componentes con diferentes formas geométricas, así como de bajo coste, sin desperdiciar material. Sin embargo, presentan dificultades para su integración directa con tecnologías planares. La combinación entre ambas tecnologías (fabricación aditiva y circuitos integrados en sustrato) permite aprovechar las bondades de cada tecnología en función del componente a desarrollar, cumpliendo las expectativas del futuro sector espacial. Esta combinación debe de realizarse de la manera más eficiente posible. Por lo tanto, este trabajo se enfoca en la hibridación de las tecnologías integradas en substrato y en concreto en guía de onda vacía integrada en sustrato o "ESIW" (Empty Substrate Integrated Waveguide) con las tecnologías de impresión 3D, con el fin de implementar una bocina de tipo piramidal. Para ello, se realizará un estudio sobre las tecnologías vacías integradas en sustrato, así como la impresión 3D, y se propondrán nuevas estructuras, que permitan hibridar ambas tecnologías. El desarrollo del trabajo se realizará utilizando el simulador electromagnético comercial CST, así como la herramienta Matlab y si es posible se validará el diseño con su fabricación, y medida.

[EN] New generations of communications, such as small satellites and mobile communications, require high-frequency components that are increasingly compact and lightweight while maintaining electrical performance. Traditionally, subtractive manufacturing technologies have been extended and developed for the development of such components, which are implemented in planar technologies or three-dimensional structures (waveguides or coaxial lines). To meet the new system requirements, the use of additive manufacturing or 3D printing techniques and substrate integrated technologies has been proposed. On the one hand, substrate integrated technologies incorporate a three-dimensional structure into planar technology. As a result, they offer a lightweight, low-cost solution with better electrical performance compared to conventional planar technologies. However, they have height limitations due to the use of substrates. On the other hand, additive manufacturing or 3D printing technologies allow the realization of components with different geometric shapes and are cost-effective without wasting material. However, they face difficulties in direct integration with planar technologies. The combination of both technologies (additive manufacturing and substrate integrated circuits) makes it possible to exploit the advantages of each technology depending on the component to be developed, thus meeting the expectations of the future space sector. This combination must be as efficient as possible. Therefore, this work focuses on the hybridization of substrate-integrated technologies, specifically on Empty Substrate Integrated Waveguide (ESIW), with 3D printing technologies to implement a pyramidal horn. For this purpose, a study will be conducted on integrated empty substrate technologies and 3D printing, and new structures will be proposed to hybridize both technologies. The development of the work will be carried out using the commercial electromagnetic simulator CST, as well as the Matlab tool, and if possible, the design will be validated through fabrication and measurement.