CARACTERIZACIÓN EFICIENTE DE DISCONTINUIDADES ENTRE GUIAS MULTICONDUCTOR ARBITRARIAS Y APLICACIÓN A DISPOSITIVOS DE MICROONDAS

Una amplia gama de dispositivos de microondas incluyen en su interior guías de ondas que incorporan varios conductores (como, por ejemplo, guías coaxial, stripline, squarex, o guías rectangular-coaxial) que además están interconectadas entre sí. Esta situación se suele dar con especial frecuencia en los puertos de conexión de los dispositivos, por el empleo habitual de excitaciones de tipo coaxial. En los últimos años, el análisis y el diseño de los dispositivos que incluyen este tipo de guías/excitaciones se ha apoyado en el uso de herramientas de simulación basadas en las más potentes técnicas de discretización, como el Método de los Elementos Finitos (FEM, del inglés Finite Element Method) ó el Método de las Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD, del inglés Finite Difference Time Domain). Sin embargo, y debido a los elevados recursos computacionales que requieren para lograr resultados precisos, dichas técnicas no son por lo general adecuadas para abordar estructuras de un cierto tamaño o sensibles. Este es el caso, por ejemplo, de filtros combline o de modo evanescente de orden moderado o alto, donde sólo tras muchas horas de simulación se pueden lograr resultados de una precisión aceptable. Como consecuencia de todo lo anterior, el proceso de diseño de este tipo de componentes se puede dilatar durante varias semanas, incluso cuando es llevado a cabo por parte de ingenieros cualificados y con experiencia. Por el contrario, la opción más deseable sería que el análisis y el diseño de la mayor parte de dichas estructuras pudiera ser abordado mediante técnicas de análisis híbridas, que combinen la rapidez y eficiencia de las técnicas modales (que segmentan la estructura en bloques que se modelan mediante una representación multimodal equivalente), con la flexibilidad de las técnicas numéricas que sólo discretizan partes muy concretas de la geometría para no disparar el consumo de recursos computacionales. Aunque las técnicas híbridas basadas en esta filosofía han evolucionado lo suficiente en los últimos años para poder caracterizar de forma rápida y precisa muchos de los bloques que componen la mayor parte de los dispositivos de microondas usados en la práctica, todavía quedan algunos aspectos por resolver. Posiblemente uno de los aspectos más importantes es la caracterización eficiente y precisa de una discontinuidad entre dos guías multiconductor de forma arbitraria. La caracterización de este tipo de discontinuidades requiere conocer el espectro modal de cada guía multiconductor que participa en la discontinuidad, y las integrales de acoplamiento entre dichos conjuntos de modos. Existen varias técnicas para determinar de forma numérica los modos de guías multiconductor de forma arbitraria, entre las que se puede citar el flexible método de los Elementos Finitos, la técnica de la Resonancia Transversal Generalizada o el eficiente y preciso método de BI-RME (siglas en inglés de Boundary Integral ¿ Resonant Mode Expansion). Sin embargo, el cálculo de las integrales de acoplamiento suele ser una tarea bastante costosa, especialmente por la extremadamente lenta convergencia de las expansiones modales de los campos asociados a los modos TEM (con un carácter fundamentalmente estático) presentes en dichas guías multiconductor. El presente proyecto pretende dar respuesta a esta necesidad mediante el desarrollo de una nueva técnica para el cálculo de las integrales de acoplamiento que involucran a modos TEM de guías multiconductor cuyo contorno esté compuesto de tramos rectos, circulares o elípticos. Para llevarlo a cabo, en primer lugar se aplicará la técnica de BI-RME para obtener los modos de dichas guías multiconductor, para acto seguido aplicar una formulación que a partir de las distribuciones de corriente y carga en el contorno de la guía más pequeña permita acelerar el cálculo de las integrales de acoplamiento que involucGonzález Santatecla, P. (2016). CARACTERIZACIÓN EFICIENTE DE DISCONTINUIDADES ENTRE GUIAS MULTICONDUCTOR ARBITRARIAS Y APLICACIÓN A DISPOSITIVOS DE MICROONDAS. http://hdl.handle.net/10251/80420.TFG

A New Reference Sample for High-Frequency Multipactor Testing

[EN] Multipactor (MP) is a high-power effect severely limiting the performance of satellite communication links. A reference sample is normally used in the experimental setups for MP testing in order to verify its correct operation. However, the low gaps required for high frequencies jeopardize the manufacturability of the devices traditionally used for this purpose. A new reference sample, based on a stepped-impedance resonator (SIR), is proposed in this letter. The key design considerations are also outlined. A prototype operating between 17 and 18 GHz has been manufactured and tested, proving the novel structure allows higher gaps, and is, thus, suitable for higher frequency bands.This work was supported in part by the Ministerio de Ciencia e Innovacion (Spanish Government) under Research and Development Project PID2019-103982RB-C41, in part by the European Space Agency(ESA) through several research and development activities, and in part by the ESA-VSC European High Power RF and Space Materials Laboratories for contributing with its installations through the European Regional Development Fund. The work of Pablo Gonzalez was supported by the FPU Fellowship ofthe Ministerio de Educacion, Cultura y Deporte under Grant FPU17/02901.González-Santatecla, P.; Smacchia, D.; Alcaide-Guillén, C.; Soto Pacheco, P.; Rodríguez Pérez, AM.; Morro, JV.; Mata-Sanz, R.... (2023). A New Reference Sample for High-Frequency Multipactor Testing. IEEE Microwave and Wireless Technology Letters. 33(6):675-678. https://doi.org/10.1109/LMWT.2023.323941967567833

Multipactor Threshold Estimation Techniques Based on Circuit Models, Electromagnetic Fields and Particle Simulators

[EN] Multipactor has become a keylimiting factor of the final performance of satellite communication systems, due to the increase in power levels and/or operating frequency bands. As a result, the critical components of these systems must meet demanding multipactor specifications which should be considered during the design process. This paper describes the different techniques available to predict the multipactor threshold power for radio frequency (RF) and microwave passive hardware under continuous wave (CW) excitation, from cumbersome particle simulations to fast approximate methods based on circuit models. All these techniques have been described and compared together for the first time, including also a detailed description of the configuration issues of commercial particle simulators required to obtain accurate multipactor threshold predictions. The techniques are applied to both wideband and narrowband application examples. The predictions have been compared with measured thresholds of manufactured samples obtained with a novel multipactor test bed, thus allowing to highlight the advantages and limitations of each technique and particle simulator. From this paper, it will be possible to choose the most suitable procedure (and an appropriate simulator, if needed) to obtain multipactor threshold prediction of passive hardware.The work of Pablo González was supported by the FPU Fellowship of the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, Spanish Government, with Ref. FPU17/02901. This work was supported in part by the Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN, Spanish Government) under R&D Project PID2019-103982RB-C41 (funded by MICIN/AEI/10.13039/501100011033), and in part by the European Space Agency (ESA) under Project H2020-ESA-007 (funded by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Program).González-Santatecla, P.; Alcaide, C.; Cervera, R.; Rodríguez, M.; Monerris, Ó.; Petit, J.; Rodríguez Pérez, AM.... (2022). Multipactor Threshold Estimation Techniques Based on Circuit Models, Electromagnetic Fields and Particle Simulators. IEEE Journal of Microwaves. 2(1):57-77. https://doi.org/10.1109/JMW.2021.313228457772