Nuevas técnicas de diseño para cargas útiles de telecomunicaciones de sistemas espaciales adecuadas para la fabricación aditiva en el contexto de grandes plataformas

• Autores: Jabir Hussain
• Directores de la Tesis: José María Lopetegui Beregaña (dir. tes.), Israel Arnedo Gil (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Pública de Navarra ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 186
• Títulos paralelos:
  • New design techniques for telecommunication payloads of space systems suitable for additive manufacturing in the context of large platforms
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Academica-e
• Resumen
  • español

    En esta tesis, se presentan filtros de microondas capaces de manejar alta potencia diseñados utilizando un método de síntesis novedoso basado en la teoría de modo acoplado y la técnica de dispersión inversa y fabricados con fabricación aditiva de metal (AM) con vistas a aplicaciones satelitales basadas en el espacio. El filtro de microondas es uno de los componentes clave en un sistema de carga útil satelital y, como tal, su diseño e ingeniería requieren una consideración cuidadosa de varios factores, como el rango de frecuencia, el tamaño, el peso y las limitaciones de consumo de energía. Los filtros diseñados con métodos clásicos suelen sufrir cuando operan en una banda de frecuencia amplia y tienen una capacidad de manejo de baja potencia. Por lo tanto, en esta tesis, la nueva técnica de síntesis que es general y flexible para cualquier respuesta de frecuencia pasiva y causal se utiliza para diseñar filtros que tienen un perfil suave, lo que proporciona la ventaja de soportar alta potencia. Estructuras tan complejas no pueden fabricarse fácilmente usando métodos CNC tradicionales y, si se hacen, requerirán más tiempo, lo que aumenta el costo total de fabricación. Por lo tanto, la variación de perfil suave de los filtros también está orientada de tal manera que sea adecuado para ser fabricado usando fabricación aditiva en metal con facilidad. La teoría del modo acoplado, en la que se basa la técnica de síntesis, se utiliza para caracterizar el comportamiento electromagnético de una estructura no uniforme, como un filtro de microondas de variación suave, en términos de sus coeficientes de acoplamiento, que se relacionan a través del acoplamiento. ecuaciones de modo a las dimensiones físicas de la estructura. Por otro lado, la técnica de dispersión inversa, como el método de pelado de capa integral, se utiliza para calcular los coeficientes de acoplamiento a partir de la respuesta de frecuencia objetivo. Una vez diseñados, los filtros se fabrican utilizando la técnica de fusión selectiva por láser (SLM), que es una de las tecnologías AM basadas en metales más utilizadas. Se consideran varios prototipos de filtros de microondas, tanto en tecnología de guía de ondas rectangular como de microstrip, en diferentes rangos de frecuencia y los resultados de su síntesis y fabricación se comparan y analizan con los antecedentes teóricos donde un alto grado de acuerdo entre ellos sugiere la validez del nuevo método de síntesis y la técnica de fabricación.

  • English

    In this thesis, microwave filters capable of handling high-power designed using novel synthesis method based on coupled-mode theory and inverse scattering technique and fabricated using metal additive manufacturing (AM) is presented with a view for space-based satellite applications. Microwave filter is one of the key components in a satellite payload system and as such its design and engineering requires careful consideration of various factors such as frequency range, size, weight, and power consumption limitations. The filters designed using classical methods usually suffer when operating in a wide frequency band and have low power handling capability. Thus, in this thesis, the novel synthesis technique which is general and flexible for any passive and causal frequency response is used to design filters having smooth-profile, which provides the advantage of supporting high-power. Such complex structures cannot be easily fabricated using traditional CNC methods and if done will require more time which increases the overall manufacturing cost. Thus, the smooth-profile variation of the filters is also orientated such that it is suitable to be fabricated using additive manufacturing in metal with ease. The coupled-mode theory, on which the synthesis technique is based, is used to characterise the electromagnetic behaviour of a non-uniform structure, such as a smooth-varying microwave filter, in terms of its coupling coefficients which is related through the coupled-mode equations to the physical dimensions of the structure. On the other hand, the inverse scattering technique, such as integral layer peeling method, is used to calculate the coupling coefficients from the target frequency response. Once designed, the filters are fabricated using Selective Laser Melting (SLM) technique which is one of the most commonly used metal-based AM technology. Various prototypes of the microwave filters, in both rectangular waveguide and microstrip technology, in different frequency range are considered and the results of their synthesis and fabrication are compared and analysed with the theoretical background where a high degree of agreement between them suggests the validity of the novel synthesis method and the fabrication technique.