Cálculo de Modos Característicos en Objetos No Conformados
- Autores: Manuel Parejo Pizarro
- Directores de la Tesis: Víctor Francisco Martín Martínez (dir. tes.)
, Luis Landesa Porras (codir. tes.) - Lectura: En la Universidad de Extremadura ( España ) en 2026
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana Arboleya Arboleya (presid.) , María Lucía Bautista Bárcena (secret.) , Rafael Omar Torres Mendieta (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología Aeroespacial: Ingenierías Electromagnética, Electrónica, Informática y Mecánica por la Universidad de Extremadura y la Universidad de Vigo
- Menciones:
- Industrial
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Enlaces
- Resumen
- español
El Análisis de Modos Característicos (Characteristic Mode Analysis, CMA) constituye una herramienta de gran interés para el estudio del comportamiento electromagnético de estructuras conductoras, al permitir identificar sus mecanismos naturales de radiación de forma independiente de la excitación. Sin embargo, su aplicación directa a escenarios de interés práctico presenta ciertas limitaciones, especialmente cuando se consideran geometrías complejas, discretizaciones no conformadas o la presencia de planos conductores extensos.
En esta tesis se desarrollan y validan nuevas formulaciones orientadas a extender el cálculo de Modos Característicos a problemas más próximos a entornos reales de ingeniería. En primer lugar, se estudian metodologías para el tratamiento de objetos no conformados mediante el Método de los Momentos tomando como referencia la formulación Integral Equation Discontinuous Galerkin (IEDG) y proponiendo una nueva familia de funciones base, denominada Extended MultiBranch (EMB). Estas funciones reducen la acumulación de carga en interfaces no conformes evitando la necesidad de seleccionar un parámetro de estabilización β, simplificando la resolución del problema electromagnético. A continuación, se extiende el CMA a estructuras en presencia de un plano conductor perfecto mediante el uso de la teoría de imágenes. Esta formulación permite analizar la simetría de las corrientes características y separar de forma sistemática los modos de simetría eléctrica y magnética, reduciendo además el tamaño del problema modal. Posteriormente, se integra el tratamiento de geometrías no conformadas dentro del CMA, analizando la influencia de las formulaciones IEDG y EMB sobre el problema modal.
Las metodologías propuestas se validan mediante ejemplos numéricos representativos, comparando los resultados con soluciones conformes de referencia. Finalmente, se presenta un caso práctico de diseño de una antena compacta para la banda de alta frecuencia sobre un buque moderno, en el que se combinan el CMA en presencia de plano conductor perfecto y las técnicas no conformes desarrolladas. Los resultados obtenidos muestran la aplicabilidad de las formulaciones propuestas para el análisis modal y el diseño electromagnético de estructuras complejas en escenarios de interés industrial.
- English
Characteristic Mode Analysis (CMA) is a highly useful tool for studying the electromagnetic behavior of conducting structures, since it enables the identification of their natural radiation mechanisms independently of the excitation. However, its direct application to real scenarios presents limitations when complex geometries, nonconformal discretizations, or the presence of large conducting planes are considered.
In this thesis, new formulations are developed and validated to extend the calculation of Characteristic Modes to problems closer to real engineering scenarios. First, the treatment of nonconformal objects using the Method of Moments is studied, taking the Integral Equation Discontinuous Galerkin (IEDG) formulation as a reference and proposing a new family of basis functions, referred to as Extended MultiBranch (EMB). These functions reduce charge accumulation at nonconformal interfaces while avoiding the selection of the stabilization parameter 𝛽.
Next, CMA is extended to structures in the presence of a perfect electric conducting plane by means of image theory, enabling the systematic separation of electric- and magnetic-symmetry modes while reducing the size of the modal problem. Subsequently, the treatment of nonconformal geometries is integrated within the CMA framework, analyzing the influence of IEDG and EMB on the modal problem.
The proposed methodologies are validated through numerical examples and applied to the design of a compact antenna for the HF band on a modern ship. The results demonstrate the applicability of the developed formulations for modal analysis and electromagnetic design of complex structures.
- español
