Análisis de filtros de microondas reconfigurables en tecnología ESIW

Abstract

En el entorno de las comunicaciones de alta frecuencia, la progresiva saturación del espectro electromagnético ha supuesto un continuo aumento de las frecuencias de operación. Éste es uno de los motivos que provocan la necesidad de los filtros de microondas con altas prestaciones.

Tradicionalmente se utilizan filtros en guía de onda metálicos, los cuales presentan reducidas pérdidas de inserción en la banda de paso y un alto factor de calidad. Sin embargo, tienen restricciones significativas, tales como su elevado peso y volumen y que no se pueden integrar con la actual tecnología planar.

Esto ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías para filtros de microondas, Entre las más innovadoras y con mejores prestaciones, cabe destacar la Substrate Integrated Waveguide (SIW) y concretamente, la Empty-Substrate Integrated Waveguide (ESIW). Esta tecnología permite el desarrollo de filtros reconfigurables en plano H, es decir, que puedan cambiar su frecuencia central y ancho de banda. Esto es posible ya que la guía, al estar vacía, se puede rellenar de un dieléctrico de características variables. En este caso, se consigue la reconfiguración del filtro, rellenándolo de cristal líquido por secciones y aplicando tensiones de polarización diferentes a cada una de ellas, variando de esta forma la permitividad diel´ectrica de cada sección del filtro.

Hasta el momento, varias herramientas comerciales, basadas en métodos numéricos, permiten llevar a cabo el análisis y diseño de este tipo de estructuras, pero requieren de un tiempo de computación muy elevado durante el proceso de análisis. Esto afecta negativamente al diseño automatizado de dichas estructuras, que resulta excesivamente costoso sin una herramienta de análisis eficiente.

En este Proyecto Final de Carrera se pretende cubrir esta necesidad, desarrollando una herramienta eficiente y precisa. La estrategia con la que se analiza el dispositivo consiste en dividirlo en bloques constitutivos simples: guías de onda rellenas de dieléctrico, cambios de medio, discontinuidades entre guías y discontinuidades de dieléctrico. Todas ellas son estructuras canónicas o suficientemente sencillas que pueden ser analizadas con métodos modales. Se obtiene la matriz de dispersión generalizada (MDG) de cada bloque, y se enlazan en cascada mediante una técnica eficiente.

La validez y eficiencia de esta herramienta se comprueba utilizándola para analizar varios filtros, comparando el resultado con un software comercial. Por último, se hace un análisis acerca de cómo afecta la variación de la permitividad del cristal líquido en la respuesta en frecuencia del filtro.