Novel integral equation methods applied to the analysis of new guiding and radiating structures and optically-inspired phenomena at microwaves

Resumen

En esta tesis doctoral se presenta un trabajo multidisciplinar, en el que se han desarrollado una serie de formulaciones matemáticas aplicadas al análisis eficiente y riguroso de diversas estructuras, dispositivos y fenómenos físicos en el rango frecuencial de las microondas. Los objetivos que se enmarcan dentro de esta tesis se pueden dividir en tres líneas de investigación diferentes: 1. La primera línea de investigación trata sobre el cálculo de la función de Green de estructuras cerradas multicapa que presenten una sección transversa con geometría convexa arbitraria. Para ello, se han desarrollado tres novedosas técnicas, que han sido formuladas en el dominio espacial. Posteriormente, las funciones de Green obtenidas han sido incluidas dentro de la técnica de la ecuación integral de los potenciales mixtos, para un análisis muy rápido y preciso de circuitos multicapa que se encuentren en una cavidad cerrada. Además, el estudio de circuitos encapsulados multicapa ha permitido el desarrollo de la novedosa tecnología híbrida guia onda-microtira, que presenta importantes ventajas como son su reducido peso, estructura compacta y bajas pérdidas, lo que la hacen una candidata ideal para la industria espacial. 2. La segunda línea de investigación está relacionada con el estudio del comportamiento de líneas de transmisión diestras-zurdas cuando son excitadas por pulsos temporales y la posterior demostración teórica y práctica de una serie de fenómenos físicos y aplicaciones, que son comunes en el campo de la óptica, y que han sido trasladados al dominio frecuencial de las microondas. Este estudio ha permitido el desarrollo de nuevos dispositivos para aplicaciones de banda ancha ó sistemas de comunicación que requieran de una alta transferencia de datos. Además, esta línea de investigación presenta novedosos métodos para la caracterización y posterior análisis de antenas de onda de fuga diestra-zurda, usando la teoría de líneas de transmisión. 3. La tercera y última línea de investigación presenta una novedosa antena de fuga, que está basada en líneas de transmisión diestras-zurdas implementadas mediante una estructura de placas paralelas. Además, se presenta un nuevo método modal iterativo que permite un análisis rápido, preciso y eficiente de este tipo de estructuras, incluyendo la obtención sistemática de las dimensiones físicas de la antena que se requieren para conseguir un determinado comportamiento. Finalmente, destacar que tanto las formulaciones y desarrollos teóricos propuestos como las nuevas estructuras presentadas en esta tesis han sido validadas de forma numérica, empleando software propio y paquetes comerciales de onda completa, y de forma experimental, usando medidas reales obtenidas de los distintos prototipos fabricados.