Antenas y componentes de microondas para satélites de dimensiones reducidas utilizando tecnologías vacías integradas en substrato

Abstract

[ES] En los últimos años, se ha observado un crecimiento exponencial en los nuevos sistemas de comunicaciones, entre los cuales se destacan las comunicaciones inalámbricas y espaciales. Este fenómeno ha generado un incremento significativo en los requisitos de los sistemas de radiofrecuencia. Este aumento no solo se refiere a la respuesta eléctrica de dichos sistemas, sino también a otros parámetros de importancia, tales como el peso, el coste, el volumen y la integrabilidad con otras tecnologías. Con el propósito de cumplir con estos requisitos emergentes, los circuitos integrados en substrato, específicamente los denominados Circuitos Integrados en Substrato Vacío (Empty Substrate Integrated Circuits (ESIC)), se presentan como una solución altamente prometedora. Estos circuitos son reconocidos por su bajo coste, ligereza y facilidad de integración, preservando al mismo tiempo su eficacia en términos de respuesta eléctrica. La principal ventaja de esta tecnología radica en la capacidad de incorporar tanto componentes activos como pasivos, así como antenas, utilizando el mismo substrato o combinando varios de ellos mediante procesos de fabricación planar estándar. La naturaleza vacía de estos circuitos posibilita la implementación de componentes de alto rendimiento sin comprometer las características previas. En este contexto, la presente tesis doctoral se propone como objetivo central la investigación, diseño, desarrollo y fabricación de antenas y nuevos componentes de microondas utilizando tecnologías vacías integradas en substrato, con enfoque en aplicaciones para satélites de dimensiones reducidas. La tesis abordará la exploración de nuevos componentes de microondas comúnmente presentes en las cargas útiles de satélites, tales como filtros, transiciones entre tecnologías planares, divisores, entre otros, así como antenas, tanto como elementos individuales, y en agrupaciones. Estas investigaciones se realizarán en el marco de las mencionadas tecnologías emergentes, con la finalidad de lograr un grado de miniaturización, dispositivos altamente eficientes, y de bajo perfil manteniendo sus características esenciales y obteniendo respuestas mejoradas en comparación con soluciones previamente conocidas. La combinación global de los dispositivos y antenas propuestos en la tesis doctoral abre nuevas posibilidades en las tecnologías vacías integradas en substrato, contribuyendo potencialmente a mejorar la capacidad, robustez y compacidad de los sistemas de comunicaciones emergentes.

[CA] En els darrers anys, s'ha observat un creixement exponencial en els nous sistemes de comunicació, entre els quals destaquen les comunicacions sense fils i espacials. Aquest fenomen ha generat un increment significatiu en els requisits dels sistemes de radiofreqüència. Aquest augment no només es refereix a la resposta elèctrica d'aquests sistemes, sinó també a altres paràmetres d'importància, com ara el pes, el cost, el volum i la integrabilitat amb altres tecnologies. Amb la finalitat de complir amb aquests requisits emergents, els circuits integrats en substrat, específicament els anomenats Circuits Integrats en Substrat Buit (ESiC), es presenten com una solució altament prometedora. Aquests circuits són reconeguts pel seu baix cost, lleugeresa i facilitat d'integració, alhora que preserven la seva eficàcia en termes de resposta elèctrica. La principal avantatge d'aquesta tecnologia radica en la capacitat d'incorporar tant components actius com passius, així com antenes, utilitzant el mateix substrat o combinant-ne diversos mitjançant processos de fabricació planar estàndard. La naturalesa buida d'aquests circuits possibilita la implementació de components d'alt rendiment sense comprometre les característiques prèvies. En aquest context, la present tesi doctoral es proposa com a objectiu central la investigació, disseny, desenvolupament i fabricació d'antenes i nous components de microones utilitzant tecnologies buides integrades en substrat, amb un enfocament en aplicacions per a satèl·lits de dimensions reduïdes. La tesi abordarà l'exploració de nous components de microones comuns en les càrregues útils de satèl·lits, com ara filtres, transicions entre tecnologies planars, divisors, entre altres, així com antenes, tant com a elements individuals com en agrupacions. Aquestes investigacions es duran a terme en el marc de les esmentades tecnologies emergents, amb la finalitat d'assolir un grau de miniaturització, dispositius altament eficients i de baix perfil, mantenint les seves característiques essencials i obtenint respostes millorades en comparació amb solucions prèviament conegudes. La combinació global dels dispositius i antenes proposats en la tesi doctoral obre noves possibilitats en les tecnologies buides integrades en substrat, contribuint potencialment a millorar la capacitat, robustesa i compacitat dels sistemes de comunicació emergents.

[EN] In recent years, there has been an exponential growth observed in emerging communication systems, among which wireless and space communications stand out prominently. This phenomenon has led to a significant increase in the requirements of radiofrequency systems. This escalation pertains not only to the electrical response of such systems but also extends to other critical parameters, including weight, cost, volume, and integrability with other technologies. In order to meet these emerging requirements, integrated circuits on substrate, specifically those Empty Substrate Integrated Circuits (ESIC), emerge as a highly promising solution. These circuits are acknowledged for their low cost, lightweight nature, and ease of integration, while simultaneously preserving their effectiveness in terms of electrical response. The primary advantage of this technology lies in its capability to incorporate both active and passive components, as well as antennas, utilizing the same substrate or combining multiple substrates through standard planar manufacturing processes. The empty nature of these circuits enables the implementation of high-performance components without compromising their inherent characteristics. In this context, the central objective of this doctoral thesis is to investigate, design, develop, and manufacture antennas and new microwave components using empty substrate integrated technologies, with a focus on applications for small-scale satellites. The thesis will address the exploration of new microwave components commonly found in satellite payloads, such as filters, transitions between planar technologies, dividers, among others, as well as antennas, both as individual elements and in arrays. These investigations will be conducted within the framework of the aforementioned emerging technologies, aiming to achieve a degree of miniaturization, highly efficient devices, and low profile while maintaining essential characteristics and obtaining improved responses compared to previously known solutions. The collective integration of the proposed devices and antennas in this doctoral thesis opens up new possibilities in empty substrate integrated circuits, potentially contributing to enhancing the capacity, robustness, and compactness of emerging communication systems.