Study of the Multipactor Effect in Bandpass Wedge-Shaped Waveguide Filters

Hueso, José L.; Raboso, D.; Schmitt, Dirk-Roger; Boria, Vicente E.; Martínez, Benito Gimeno; Vicente, C.

doi:10.1109/ted.2011.2159610

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“…As an alternative, "wedge-shaped" waveguide cross sections as the one in Fig. 1 have a higher resistance to MP RF breakdown [3]- [6]. The wedge-shaped topology is composed of symmetrically inclined top and bottom walls and straight vertical side-walls (see Fig.…”

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“…However, the inclination between the top and bottom walls can perturb the MP resonance behavior [5], [6], which is the main advantage sought with respect to a rectangular geometry. We define a wedge-shaped waveguide as a microwave transmission line with such a constant cross section in the propagation direction.…”

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“…In [6], software tools that allow us to perform the RF design and analysis but also to perform a MP analysis of wedgeshaped waveguide were presented, which have been integrated into FEST 3D (Full-Wave Electromagnetic Simulation Tool) [9]. An electromagnetic solver that implements the Boundary Integral -Resonant Mode Expansion (BI-RME) method [10], [11] allows to calculate the electromagnetic fields in any wedge-shaped geometry.…”

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“…This allows to analyze the secondary electron growth in the device, and to provide a prediction of the MP discharge risk [5]. A preliminary attempt to use these techniques for designing a hardware filter prototype was reported in [6], and an enhancement of 1 dB in the MP RF threshold value was determined by test. However, neither rigorous design guidelines were available, nor was it known how to achieve optimal power handling capabilities.…”

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Optimized Multipactor-Resistant Wedge-Shaped Waveguide Bandpass Filters

González

García-Baquero

Ernst

et al. 2013

IEEE Trans. Plasma Sci.

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Abstract-Wedge-shaped waveguides present a certain advantage with respect to rectangular waveguides regarding their resistance to multipactor discharges. In this paper, the optimal configuration for the wedge geometry is investigated based on theoretical results, a precise multipactor prediction tool and previous experience. In addition, design rules are presented, which allow to achieve comparable electrical performances of wedgeshaped filters to rectangular waveguide filters, whilst at the same time improving the multipactor-free power range. As a proof of concept, two three-pole bandpass filters with equivalent electrical characteristic of 150 MHz bandwidth, centered at 12 GHz (Ku band), and the same Q factor have been designed, manufactured and tested. The first design is based on conventional rectangular waveguide technology, while the second one has non-parallel broadside walls (wedge-shaped cross section). The multipactor power threshold and RF performance of the filters have been measured in order to validate the improvements achievable employing wedge-shaped resonators.

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Optimized Multipactor-Resistant Wedge-Shaped Waveguide Bandpass Filters

González

García-Baquero

Ernst

et al. 2013

IEEE Trans. Plasma Sci.

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“…La guía de onda en forma de cuña ha sido patentada por la ESA [41] y se han publicado diversos artículos demostrando su potencial [44,47,76,78] y despertando el interés de la industria. Ahora, las perspectivas de esta tecnología quedan en manos de la comunidad espacial.…”

Section: Guidelines For Optimal Designunclassified

Analysis of wedge-shaped waveguides and design of multipactor-resistant microwave bandpass filters. Análisis de guías de onda en forma de cuña y diseño de filtros de microondas paso-banda resistentes al efecto multipactor.

González¹

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AgradecimientosEchando la vista atrás, parece que fue ayer cuando presenté mi proyecto fin de carrera, allá por finales de 2002. Pero ha pasado mucho tiempo, y puedo decir que han sido los años más apasionantes de mi vida. Los lugares que he recorrido, las personas que he encontrado en el camino, las alegrías y las penas, lo que ha cambiado y lo que sigue igual, todo viene a la mente al escribir estas líneas, como si mi tesis doctoral hubiera sido una fiel acompañante, un testigo mudo de lo sucedido en este periodo. Y ahora que este proyecto se acerca a su culminación, es de justicia acordarse de todos los que han compartido una parte o todo el camino, y que en cierta medida han hecho posible el resultado final.En primer lugar quisiera agradecer a mis directores de tesis, Vicente y Benito. Me han apoyado con paciencia desde el principio, a pesar de estar a distancia la mayor parte del tiempo, ayudándome a superar los momentos más difíciles, que siempre aparecen en los proyectos importantes. También me gustaría nombrar a mis compañeros de las universidades de Valencia, que han aportado mucho al trabajo: Carlos, Antonio María, Mariam, Stephan, Jordi, Sergio. Desde Holanda, mis supervisores en la Agencia Espacial Europea, David y Dietmar, me abrieron los ojos y me impulsaron hacia delante. Mis jefes del Centro Aeroespacial Alemán en Munich, Manfred y Marco, apostaron por mí y me permitieron participar en las misiones radar en satélite más punteras, TerraSAR-X, TanDEM-X y Sentinel-1. Del mismo modo, no dudaron en darme facilidades para continuar en paralelo mis investigaciones para la tesis.Todos los doctorandos sabemos que escribir una tesis te deja un poco "tocado del ala". En mi caso, mi mujer Cécile, con su amor y comprensión, ha sido mi referencia y mi ilusión en estos años de electrones rebeldes. Mis padres, José Luis y Marián, y mis hermanos, Andrés y Fernando, han estado siempre ahí cuando les he necesitado, lo cual a veces damos equivocadamente por sentado. No hay palabras que puedan expresar el agradecimiento que os debo a todos. Porúltimo, me gustaría dedicar también esta tesis a mis abuelos, Emilia, Abilio, Begoña y Jaime, porque sé que la culminación de este reto les hace igual o más felices que a mí. Jaime Hueso González ResumenEl efecto multipactor de ruptura en RF ha sido objeto de numerosos estudios desde hace más de 80 años, a partir del desarrollo de los primeros aceleradores de partículas en la primera mitad del siglo XX. A mediados de ese siglo, con el desarrollo de fuentes de alta potencia para aplicaciones radar y la llegada de los satélites artificiales, la investigación del multipactor cobró una considerable relevancia, al convertirse este fenómeno en un riesgo determinante para costosos proyectos comerciales. Las guías de onda con secciones rectas canónicas, como las rectangulares o las coaxiales, han sido tradicionalmente las más utilizadas en dispositivos de microondas. Sus principales ventajas son que sus campos electromagnéticos pueden resolverse analíticamente, lo que permite su aplica...

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Electrically tunable polarization‐independent visible transmission guided‐mode resonance filter based on polymer‐dispersed liquid crystals

Sun

Wang

2020

Micro & Optical Tech Letters

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A tunable polarization-independent narrowband guidedmode resonance filter (GMRF), consisting of a 2D subwavelength aluminum grating and a polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) layer is demonstrated. By taking advantage of 2D structural phase matching, the guided mode resonance occurs under both transverse electric and magnetic guided modes, we obtained polarizationindependent bandpass filtering without loss of polarization, as verified via finite-difference time-domain simulations. Meanwhile, we use PDLC as a property adjustable material, when the orientation of the PDLC was controlled with an applied voltage, the transform mode of the incident light changed, which enabled easy refractive index tunability. A finite element method was used to design and characterize a tunable GMRF with a transmission resonance wavelength that can be shifted from 492.31 to 505.94 nm, based on the PDLC refraction. The relationship between resonance wavelength and the PDLC refractive index exhibits a linear curve, the shape and peak of the resonance transmission curve is stable during adjustments. With the design of this structure parameter, the GMRF transmission efficiency was over 82% in the visible band.

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Study of the Multipactor Effect in Bandpass Wedge-Shaped Waveguide Filters

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Optimized Multipactor-Resistant Wedge-Shaped Waveguide Bandpass Filters

Optimized Multipactor-Resistant Wedge-Shaped Waveguide Bandpass Filters

Analysis of wedge-shaped waveguides and design of multipactor-resistant microwave bandpass filters. Análisis de guías de onda en forma de cuña y diseño de filtros de microondas paso-banda resistentes al efecto multipactor.

Electrically tunable polarization‐independent visible transmission guided‐mode resonance filter based on polymer‐dispersed liquid crystals

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