Miniaturization of Planar Microwave Components Based on Semi-Lumped Elements and Artificial Transmission Lines: Application to Multi-Band Devices and Filters
- Autores: Miguel Durán-Sindreu Viader
- Directores de la Tesis: Jordi Bonache Albacete (dir. tes.), Juan Fernando Martín Antolín (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2011
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Camacho Peñalosa (presid.), Francisco Medina Mena (secret.), Jinsheng Hong (voc.)
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- Resumen
La miniaturización de componentes de microondas es uno de los retos de los dispositivos de comunicación actuales y futuros. Por esta razón, esta tesis está orientada al estudio de nuevas estrategias de miniaturización de componentes planares de microondas no radiativos. A lo largo de este trabajo, se han aplicado diferentes técnicas de miniaturización para el diseño de diversos componentes de microondas como dispositivos multi-banda o filtros, incluyendo también implementaciones eléctricamente reconfigurables. Para obtener esta compactación de tamaño requerida y/o funcionalidad multi-banda, se proponen nuevas líneas artificiales basadas en los resonadores semi-discretos open split ring resonators (OSRRs) y open complementary split ring resonators (OCSRRs). De esta forma, se presentan nuevas líneas de transmission compuestas zurdo diestras (composite right-left handed o CRLH) aplicándose al diseño de inversores de impedancia, divisores de potencia y filtros paso banda de banda ancha. Adicionalmente, mediante la combinación de estos resonadores con componentes semi-disctretos adicionales, se presentan líneas CRLH extendidas (E-CRLH) y se aplican a la implementación de inversores de impedancia, divisores de potencia y híbridos en cuadratura con funcionalidad en cuatro bandas (quad-band), así como filtros paso banda de banda dual. Para demostrar y validar su funcionalidad, se implementan y fabrican diferentes demostradores de prueba de concepto para todos los dispositivos anteriormente mencionados, obteniendo un buen ajuste entre las simulaciones y la medida. Además, también se presentan los modelos circuitales, así como la metodología de diseño basada en el método de extracción de parámetros. A través de este método, se demuestra que los modelos circuitales proporcionan una descripción precisa de las estructuras consideradas. También se estudia la reconfigurabilidad de las líneas CRLH presentadas considerando sustratos ferroeléctricos, específicamente titanato de bario estroncio (barium-strontium-titanate o BST). Mediante esta técnica, se demuestra la reconfigurablidad de estas líneas CRLH, obteniendo un rango de sintonía simulada y medida del 36.6%. Una vez experimentalmente validada esta técnica, se dota de reconfigurabilidad a los componentes mono banda y de banda dual basados en líneas CRLH previamente presentados, explorando tanto la metodología como sus limitaciones. Finalmente, también se presentan nuevos filtros compactos con respuestas abruptas basados en los resonadores de salto de impedancia (stepped-impedance-resonators o SIRs) acoplados a una línea de transmisión coplanar. Tras analizar el resonador aislado y su modelo circuital, se diseñan filtros elípticos paso bajo y paso alto, así como filtros paso banda con ceros de transmisión mediante la teoría de filtros convencional, obteniendo estructuras con un alto grado de compactación y buena funcionalidad.
