Métodos avanzados de síntesis y optimización de filtros y multiplexores de microondas

Abstract

Una buena parte de los dispositivos pasivos de microondas requieren respuestas selectivas en frecuencia, es decir, rechazo o transmisión de la potencia incidente en función de la frecuencia de la señal. Este comportamiento se logra mediante el uso de estructuras resonantes, o resonadores, con acoplamientos electromagnéticos entre ellas. La implementación física de dichos resonadores acoplados puede llevarse a cabo utilizando muy diversas tecnologías El procedimiento de diseño de este tipo de dispositivos se ejecuta habitualmente en dos etapas: 1 Síntesis de una red eléctrica cuyo comportamiento en frecuencia sea el especificado. La red está formada por un conjunto de elementos conectados entre sí con una configuración dada. Además, los elementos se caracterizan por unos coeficientes numéricos. Este paso es independiente de la tecnología del dispositivo 2 Transformación de los elementos del modelo circuital en elementos físicos cuya respuesta sea similar. Los coeficientes numéricos del modelo circuital están relacionados de algún modo con las dimensiones de los elemento físicos La presente tesis aborda los dos problemas anteriores, dando a ambos un enfoque diferente del convencional Por un lado se presenta una generalización de los métodos de síntesis normalmente restringidos a filtros paso banda formados por resonadores, valida para una clase más amplia de redes. En concreto, los algoritmos propuestos son aplicables a redes con cualquier número de puertos y con nodos no resonantes. La representación de este tipo de redes es posible gracias a la definición de una nueva matriz de acoplamientos, que también permite el análisis. Las propiedades de la matriz de acoplamientos son empleadas para predecir el comportamiento de este tipo de redes y para formular varios algoritmos de síntesis. Dichos algoritmos son aplicables a diplexores y multiplexores con topologías no convencionales, formados por resonadores con múltiples caminos de propagación que permiten controlar la interacción entre los distintos canales, reduciendo con ello el orden de la red, o eliminando la necesidad de elementos adicionales de unión y aislamiento entre los canales Por otra parte, el problema de generación de una estructura física se resuelve habitualmente mediante el uso de modelos paramétricos o tablas de datos calculadas con antelación. Aquí se propone un enfoque alternativo basado en el uso de análisis electromagnético e interpolación racional de la respuesta obtenida. Esto permite la extracción de modelos circuitales que reflejen no solo el comportamiento eléctrico del dispositivo, sino su estructura física. Como resultado se ha desarrollado un método de ajuste y alineamiento de la red extraída con la red sintetizada previamente, cuya respuesta es la especificada. La optimización se lleva a cabo sobre el modelo circuital, lo que disminuye enormemente el coste computacional asociado al análisis electromagnético, y hace práctico su uso como herramienta de diseño.