Filtros fijos y sintonizables para las cabeceras de radiofrecuencia en sistemas espaciales

Résumé

Resumen de la tesis: Los sistemas de comunicaciones inalámbricas utilizan el espectro radioeléctrico para el envío de información entre el transmisor y el receptor. En la actualidad, existen multitud de aplicaciones empleando este espectro de radiofrecuencias simultáneamente. Por ello, es necesario realizar un uso eficiente de este canal de comunicaciones, y esto se consigue gracias a los dispositivos de filtrado incorporados en los sistemas de telecomunicación. Los filtros RF/microondas son dispositivos imprescindibles en los sistemas de telecomunicación, dado que permiten reducir señales indeseables. En comunicaciones de muy larga distancia se hace uso de satélites de comunicaciones actuando como repetidores que amplifican la señal y realizan la conversión de frecuencias necesaria transmitiendo ésta hacia el receptor. La carga útil de los satélites de comunicaciones se compone de las etapas de recepción, de canalización y de transmisión; y todas ellas necesitan de dispositivos de filtrado que controlen las frecuencias transmitidas. Según la etapa del sistema se requieren diferentes características para los filtros empleados, necesitando filtros de muy bajas pérdidas en etapas de recepción, filtros de banda estrecha en la canalización de las señales y filtros de banda ancha en las etapas de transmisión. Además, dado que los sistemas de comunicaciones por satélite se encuentran en continuo desarrollo tecnológico y operan en diferentes bandas de frecuencia, es importante que los filtros embarcados tengan también capacidad de reconfiguración. En este contexto, esta tesis doctoral presenta el proceso de diseño, desde la síntesis hasta la fabricación y medición de prototipos, de nuevas estructuras de filtros de microondas fijos y sintonizables en diferentes tecnologías y con diferentes especificaciones para poder ser utilizadas en las distintas etapas de los satélites de comunicaciones. Las tecnologías empleadas en este documento engloban estructuras clásicas muy extendidas en el ámbito de las telecomunicaciones como son la línea microstrip y la guía coplanar, con estructuras disruptivas que han emergido en las últimas décadas como son la guía de onda integrada en sustrato (SIW), la guía de onda vacía integrada en sustrato (ESIW) y la guía de onda de gap corrugado (GGW). Cada una de estas tecnologías es apropiada para trabajar en diferentes bandas de frecuencia y etapas del satélite según sus prestaciones. Las tecnologías microstrip y coplanar han sido utilizadas para diseñar en la banda C estructuras de gap electromagnético (EBG) con un rizado en la banda de paso reducido y una amplia banda eliminada, consiguiendo filtros paso bajo de altas prestaciones con respecto a otros filtros EBG. La tecnología SIW tiene las ventajas de la tecnología planar y de la guía de onda rectangular: fácil integración con otros componentes, fácil fabricación, tamaño y peso reducidos, buen blindaje y capacidad de potencia. Por ello, se ha aplicado en el diseño de filtros en banda C de banda ancha fijos y reconfigurables mediante diodos varactores. Estos filtros se obtienen a partir de elipses grabadas en la parte superior de la SIW y una técnica original basada en una extensión de la síntesis de saltos de impedancia que permite controlar el ancho de banda y el rango libre de espurios. Los diseños de filtros a más alta frecuencia (banda Ku) se realizaron en tecnologías ESIW y GGW, dado que el medio de propagación de ambas estructuras es el aire en vez de un sustrato dieléctrico como en las anteriores guías (planar y SIW). De este modo, se reducen las pérdidas dieléctricas y se logran menos pérdidas de transmisión. Se han desarrollado nuevas estructuras de filtros pasa banda de banda estrecha y de banda ancha con altas prestaciones en ambas tecnologías. Los filtros de banda estrecha están basados en estructuras evanescentes con resonadores, mientras que los de banda ancha están realizados a partir de inversores de impedancia y secciones de guía de transmisión. En este trabajo también se realizan estudios teóricos de la capacidad de potencia que pueden soportar los filtros propuestos en las diferentes tecnologías para su aplicación en etapas de recepción y transmisión de los satélites de comunicaciones. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/