Distributed amplifiers and mixers with transmission lines based on metameterial

TITULO DE LA TESIS: DISTRIBUTED AMPLIFIERS AND MIXERS WITH TRANSMISSION LINE BASED ON METAMETERIAL AMPLIFICADORES Y MEZCLADORES DISTRIBUIDOS CON LINEAS DE TRANSMISION BASADAS ENMETArwATERIALES RESUMEN: La presente Tesis consiste en la combinacion de dos conceptos: las lineas de transmision artificiales basadas en metamateriales y los circuitos activos (amplificadores y mezcladores) distribuidos. Por un lado los ya veteranos y consolidados circuitos activos distribuidos, y por otro, las ideas sobre lineas de transmision basadas en metamateriales, en particular de los materiales doblemente negativos, de indice de refraccion negativo o zurdos. Lineas artificiales que no son mas que la aplicacion de nuevas tecnologias a las especulaciones teoricas de Veselago de mediados del siglo XX. Esta Tesis se centra en la aplicacion en los circuitos distribuidos de la mas utilizada de las lineas de transmision basadas en dichos medios: las denominadas Lineas Compuestas Diestras/Zurdas o Composite Right/Left-Handed Transmission Lines (CRLH-TLs), que permiten obtener constantes de fase negativas para bajas frecuencias, positiva para las altas y constante de fase nula a frecuencias distintas de continua. En la presente Tesis se muestra, por tanto, el proceso que lleva desde los conceptos convencionales de linea de transmision y circuito activo distribuido a los que podrian ser denominados Meta-Distribuidos, como el Amplificador Meta-Distribuido (AMD) y el Mezclador Meta-Distribuido (MMD). En ambos casos, las prestaciones y limitaciones de estos nuevos circuitos se analizan mediante un modelo simplificado continuo, sin perdidas y con acoplamiento unidireccional. Posteriormente, se incluye el efecto de la inevitable discretizacion asociada a la implementacion practica y el efecto de las perdidas. A lo largo de la Tesis se analizan las nuevas funcionalidades que surgen para estos circuitos, siendo una de las mas interesantes y con mayor futuro para amplificadores y mezcladores la capacidad de extraer diferentes senales (amplificadas y/o convertidas en frecuencia) por distintos puertos fisicos en funcion de su frecuencia. Es decir, estas estructuras pueden ser disenadas para poseer intrinsecamente un comportamiento diplexor sin la necesidad de incorporar mas elementos extremos. En ambos casos, amplificadores y mezcladores, se analiza con detalle el proceso de diseno en las configuraciones presentadas, se obtienen las ecuaciones basicas de funcionamiento, asi como reglas de diseno y una serie de recomendaciones practicas, con especial detenimiento en la implementacion de los mismos. Tambien se detalla el proceso de diseno e implementacion de cinco prototipos basados en elementos concentrados (dos amplificadores y tres mezcladores) los cuales se han medido y caracterizado, validandose experimentalmente el analisis teorico realizado. En definitiva, los ejemplos y experimentos analizados en esta Tesis demuestran la gran potencialidad para nuevas aplicaciones que presenta la utilizacion de lineas de transmision artificiales, vistas desde el prisma de los metamateriales, en el antiguo concepto de los circuitos distribuidos y confirman la utilidad de las reglas de diseno propuestas. Dado que las lineas compuestas 'diestras-zurdas' empleadas en esta Tesis no dejan de ser un pequeno subconjunto de las lineas de transmision artificiales, se abre asi la puerta a nuevas ideas y prestaciones que se pueden extraer de las arquitecturas distribuidas activas.