Synthesis of microwave circuits based on metamaterials using aggressive space mapping algorithms

摘要

En l'enginyeria de microones, alguns dels principals reptes són la reducció de la mida dels circuits i la flexibilitat de disseny. Aquests són aspectes clau dels dispositius de comunicacions i, com a resultat, s'han fet molts esforços en aquesta direcció. Un clar exemple són les anomenades línies de transmissió basades en metamaterials. Aquestes línies artificials presenten característiques controlables, són elèctricament petites i ofereixen noves funcionalitats. No obstant això, per la seva complexitat, les línies de transmissió metamaterial en general requereixen d'un procés de disseny feixuc, basant-se en l'experiència dels dissenyadors. En les últimes dècades, s'han desenvolupat diverses tècniques d'optimització basades en mapejat espacial (o SM, del anglès Space Mapping), que combinen la precisió dels simuladors electromagnètics amb la velocitat dels simuladors de circuits. Aquest fet proporciona la capacitat d'automatitzar el procés de disseny i reduir-ne el temps. Per aquesta raó, aquestes tècniques són bones candidates per fer front a problemes complexos com el disseny de les línies de transmissió metamaterial. Per tant, l'objectiu principal del treball recopilat en aquesta tesi és el desenvolupament d'una nova eina per a la síntesi automatitzada d'aquest tipus d'estructures a partir del coneixement dels elements reactius del seu circuit equivalent. Concretament, es tracta de la síntesi automàtica de línies de transmissió carregades amb ressonadors d'anells oberts complementaris (o CSRRs, del anglès Complementary Split Ring Resonators) mitjançant l'ús de la tècnica coneguda com mapejat espacial agressiu (o ASM, del anglès Aggressive Space Mapping). Es proporcionen diferents estratègies per al desenvolupament de l'algorisme ASM i les seves millores, tot incloent una tècnica per determinar si per a un conjunt donat de paràmetres circuitals que compleixin les especificacions, l'estructura pot ser sintetitzada o no, i la reducció del temps de convergència. D'altra banda, l'algorisme ASM s'ha aplicat en el disseny de diversos dispositius de microones, com els filtres de Wi-Fi i divisors de potència de banda dual per aplicacions GSM, entre d'altres.