Diseño de filtros de microondas reconfigurables en tecnología ESIW

Abstract

Los filtros de microondas son componentes esenciales en los sistemas de comunicaciones de alta frecuencia. Las prestaciones requeridas para dichos dispositivos son cada vez mayores debido al incremento en la frecuencia de trabajo, causado por la saturación del espectro electromagnético.

Entre dichas prestaciones, destaca la necesidad de tener dispositivos de bajo coste, con una masa y volumen reducidos y que se puedan integrar con la actual tecnologóa planar.

Además, interesa que los dispositivos sean reconfigurables, es decir, puedan ajustar su respuesta en frecuencia, remplazando la necesidad de tener varios dispositivos. Hasta la fecha se vienen utilizando filtros en guía de onda metálicos, pero últimamente ha aparecido la tecnología Substrate Intregated Waveguide (SIW) y, dentro de esta familia, se encuentra la innovadora Empty Substrate Integrated Waveguide (ESIW), que al encontrarse vacía puede rellenarse de cristal líquido (CL) por secciones. El CL tiene permitividad variable, lo que hace que el filtro pueda cambiar su frecuencia central y ancho de banda.

El objetivo de este Proyecto Final de Carrera es el desarrollo de una herramienta de diseño automatizado de filtros para comunicaciones de alta frecuencia con el fin de integrarla dentro de una herramienta CAD (Diseño Asistido por Ordenador). Para ello, se siguen las técnicas clásicas de diseño de filtros en guía de onda y se adaptan a la nueva topología bajo diseño.

Se desarrollan e implementan diferentes estrategias de síntesis y optimización basadas en la síntesis del punto inicial, la segmentación de la estructura bajo diseño y la hibridación de diferentes algoritmos de optimización. Todas ellas deben ser precisas y eficientes, es decir, la respuesta en frecuencia dise˜nada debe cumplir las especificaciones y el proceso de diseño debe tener un coste computacional reducido.

También, se desarrolla una herramienta para el cálculo de los valores de la permitividad dieléctica del CL que permitan la reconfiguración del filtro, con el fin de obtener la nueva respuesta deseada.

Esta herramienta se ha utilizado para el diseño de varios filtros de microondas en plano H, usando la tecnología ESIW rellena de cristal líquido por secciones. Estos filtros se diseñan en este proyecto, comprobando así la validez de la herramienta de diseño en lo referido a respuesta en frecuencia y coste computacional. Además, se ha evaluado la herramienta de reconfiguración diseñada.

Por último, se hace un estudio de las consideraciones tecnológicas previas a la fabricación del filtro, como la forma de alimentarlo y las posibles soluciones a la hora de polarizar el cristal líquido.