This thesis proposes a control system to widen the bandwidth of piezoelectric transducers (PZTs) for vibration energy harvesting while extracting maximum power. A straightforward complex conjugate match achieves maximum power transfer only at a single frequency while requiring an impractically large inductance. The proposed system intends to address these problems. It incorporates a bi-directional DC/DC converter with feed-forward control to achieve a complex conjugate match over a wide range of frequencies.  Analysis of the proposed system and simulation results are presented to verify validity of the proposed method. / Master of Science

No description available.

Yes / A compact dielectric resonator antenna for ultra-wideband vehicular communication applications is proposed. Two cylindrical dielectric resonators are asymmetrically located with respect to the center of an offset rectangular coupling aperture, through which they are fed. Optimizing the design parameters results in an impedance bandwidth of 21%, covering the range from 5.9 to 7.32 GHz in the lower-band and a 53% relative bandwidth from 8.72 to 15 GHz in the upper-band. The maximum achieved gain is 12 dBi. Design details of the proposed antenna and the results of both simulations and experiment are presented and discussed.

A 3D Finite Element Boundary Integral technique (FE-BI) using mixed-order tangential vector finite elements (TVFE?s) is presented. This technique is used to design two wide band antennas and an ultra wideband (UWB) antenna array. Tetrahedral elements are used for domain discretization because they offer higher flexibility when simulating complex structures. A set of hierarchical mixed-order TVFE?s up to and including order 2.5 is implemented. Hierarchical mixed-order TVFE?s accurately simulate regions with high and low field variations. They also guarantee tangential field continuity across element boundaries and suppress spurious modes. The efficacy of the technique has been tested on two different wide band antennas and an UWB array. The first antenna is designed for automotive applications and covers GPS, GSM, XM, and PCS bands (0.8?3.35 GHz). The second antenna is a double sided rounded bowtie antenna (DSRBA) for UWB communication (3.1-10.6 GHz). The third design is a DSRBA array. For validation purposes, the antennas are also simulated using a commercially available high frequency electromagnetic simulation software, HFSS. Results regarding antenna parameters such as return loss, radiation pattern, and gain are also given.

No description available.

The rise of satellites in Low Earth Orbit (LEO) is causing more terrestrial electromagnetic interference in the important L- and X-band frequencies which are crucial for astronomical observations. This thesis introduces reflectarray design which can serve as a basis for an interference mitigation solution for radio telescopes. In the envisioned application, When the reflectarray is placed around the circumference of an existing radio telescope, it can drive a null into the radio telescopes radiation pattern sidelobe distribution. Since the reflectarray only occupies a small potion of the rim of the paraboloidal main reflector, its presence does not significantly effect the main lobe peak gain. Since Iridium and Starlink are the target mega-constellations, the reflectarray must be dual band. To cover the operational bandwidths of these constellations, the target bandwidth in the L-band (Iridium) is 0.7%, and that in the X-band (Starlink) is 17.1%. This makes the design of the reflectarray challenging as the frequencies are widely separated and the bandwidth in the X-band is wide The work of this thesis marks a first step in this effort. It includes a reflectarray design containing a multi-layer stack consisting of: (1) a grounded substrate, (2) an X-band slot loaded unit cell geometry, (3) a dielectric superstrate, and (4) an L-band layer containing crossed dipoles. The dual band reflectarray is dual linearly polarized to maintain symmetric response. The reflectarray is designed and simulated using full-wave solvers. The results show that the reflectarray designs are capable of pattern shaping at both bands and operate across the required bandwidths. This architecture could serve as a basis for future reflectarrays capable of nulling satellite interference from mega-constellations in observatory applications in the future. / Master of Science / The signal clarity issues stemming from the increasing number of satellites in Low Earth Orbit (LEO), particularly in the vital L- and X-band frequencies essential for global communications and radio astronomy, are the motivation of this thesis. The endeavor concentrates on designing a dual-band dual-polarized reflectarray antenna which may ultimately be used to help mitigate interference in these bands in radio telescopes. The work is focused on the frequency ranges utilized by the major satellite networks Iridium and Starlink, which operate within the L-band (1616-1626.5 MHz) and X-band (10.7-12.7 GHz). Recognizing the significance of these frequencies for global communication and also to radio astronomy, the reflectarray is designed to contribute to a an interference mitigation system which would ultimately allow for coexistence between radio telescopes and communications systems satellites. Targeting bandwidth achievements of 0.7% for the L-band and 17.1% for the X-band, the focus is on nulling interference arising across these frequency bands and thereby increasing the sensitivity of the radio telescope operating amongst these mega-constellations. The thesis documents a multilayered reflectarray antenna, containing a wide-band X-band layer of slot antennas on one layer and an L-band superstrate layer containing crossed dipoles at another, both of which utilize dual linear polarization for symmetric operation. The completed reflectarray can operate simultaneously in both bands. It has been shown in the two papers cited by {ellingson2021sidelobe,budhu2024design} that reflectarrays placed along the rim of radio telescopes main reflector can be used to drive nulls in the sidelobe envelope of its radiation pattern thereby nulling incoming interference. The antenna design of this thesis suggests a possible candidate for these interference mitigation systems where both bands are targeted.

Yes / New multi-standard wide band filters with compact sizes are designed for wireless communication devices. The proposed structures realize dual-wideband and quad-wideband characteristics by using a new skew-symmetrical coupled pair of asymmetric stepped impedance resonators, combined with other structures. The first and second dual-wideband filters realize fractional bandwidths (FBW) of 43.2%/31.9% at the central frequencies (CF) of 1.875/1.63 GHz, and second bandwidths of 580 MHz/1.75 GHz at CF of 5.52/4.46 GHz, respectively. The proposed quad-band filter realizes its first/second/third/fourth pass bands at CF 2.13/5.25/7.685/9.31 GHz with FBW of 46.0%/11.4%/4.6%and 5.4%, respectively. The wide pass bands are attributed to the mutual coupling of the modified ASIR resonators and their bandwidths are controllable by tuning relative parameters while the wide stop band performance is optimized by the novel interdigital cross coupled line structure and parallel uncoupled microstrip line structure. Moreover, the quad band is generated by introducing the novel defected rectangle structure. These multi-standard filters are simulated, fabricated and measured, and measured results agree well with both simulated results and theory predictions. The good in-band and out-of-band performances, the miniaturized sizes and simple structures of the proposed filters make them very promising for applications in future multi-standard wireless communication. / Horizon 2020 Framework Programme(European Union), Grant/Award Number:H2020-MSCA-ITN-2016 SECRET-722 424

Οι τεχνικές ασύρματης μετάδοσης Ultra Wide Band (UWB) είναι γνωστές εδώ και αρκετές δεκαετίες. Το ϐασικό χαρακτηριστικό των συγκεκριμένων συστη- μάτων είναι η εκπομπή και λήψη σήματος που εκτείνεται σε πολύ μεγάλο εύρος συχνοτήτων. Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται διαρκώς αυξανόμενο ερευνητικό ενδιαφέρον γύρω από την περιοχή των τηλεπικοινωνιακών συ- στημάτων που χρησιμοποιούν UWB τεχνικές μετάδοσης, κυρίως λόγω της μεγάλης εφαρμοσιμότητάς της. Στις τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές, η χρήση της τεχνικής UWB μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση των ταχυτήτων ασύρματης μετάδοσης, λόγω της δυνατότητας εκπομπής μεγάλου αριθμού παλμών σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Σε εφαρμογές εντοπισμού, το UWB μπορεί να ωθήσει προς την αύξηση της διακριτικής τους ικανότητας. Επίσης, κατάλ- ληλα UWB σήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου υπάρχει ανάγκη για υψηλή διεισδυτικότητα μέσα από εμπόδια. Ο πιο απλός τρόπος μετάδοσης σήματος τέτοιου είδους είναι η εκπομ- πή εξαιρετικά σύντομων παλμών. Ο τρόπος με τον οποίο τα μεταδιδόμενα σύμβολα διαμορφώνουν αυτούς τους παλμούς ποικίλλει. Οι πρώτες UWB εφαρμογές χρησιμοποιούσαν σχεδόν αποκλειστικά την τεχνική Dιαμόρφωσης Θέσης Παλμού (Pulse Position Modulation PPM) γιατί η αντιστροφή πολύ σύντομων παλμών ήταν δύσκολο να υλοποιηθεί. Με αυτή την τεχνική, το κάθε μεταδιδόμενο σύμβολο καθορίζει τη ϑέση του παλμού στο πεδίο του χρόνου. Αργότερα, άρχισαν να χρησιμοποιούνται και τεχνικές Dιαμόρφωσης Πλάτους Παλμού (Pulse Amplitude Modulation PAM). Wστόσο, ένα μεγάλο πλεονέκτημα της μεθόδου PPM είναι οι μειωμένες απαιτήσεις της σε ισχύ, γιατί μεταδίδονται πολύ σύντομοι παλμοί ακολουθούμενοι από σχετικά με- γάλες περιόδους «σιωπής». Η ιδιότητα αυτή, καθιστά τη μέθοδο διαμόρφωσης PPM ιδιαίτερα ελκυστική σε εφαρμογές που απαιτούν χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Σε αυτή την εργασία μελετούμε τη δομή ενός συστήματος μετάδοσης δε- δομένων Ultra Wide Band το οποίο χρησιμοποιεί τη μέθοδο διαμόρφωσης PPM. Η συμπεριφορά ενός τέτοιου συστήματος κατά τη μετάδοση μέσα από διάφορα κανάλια παρουσία ϑορύβου εξετάζεται μέσω εξομοίωσης. Είναι γνω- στό ότι τα συστήματα αυτά πλήττονται τόσο από το ϑόρυβο που εισάγεται λό- γω της μετάδοσης, διασυμβολική παρεμβολή, αλλά και παρεμβολή ανάμεσα στους πολλαπλούς χρήστες. Επίσης, οι περιορισμοί που ορίστηκαν στις ΗΠΑ για την μεταδιδόμενη ισχύ ανά συχνότητα των εμπορικών UWB εφαρμογών, οι οποίοι αναμένεται να υιοθετηθούν και στον υπόλοιπο κόσμο, αποτελούν ένα επιπλέον ϑέμα που επηρεάζει την επίτευξη υψηλών ϱυθμών μετάδοσης δεδομένων. Μια λύση είναι η χρήση τεχνικών ισοστάθμισης ή, ισοδύναμα, μεθόδων εκτίμησης του καναλιού που λειτουργούν στο δέκτη. Αν και οι κλασικές τεχνικές ισοστάθμισης ή εκτίμησης καναλιού μπορούν να εφαρμο- στούν με μικρές τροποποιήσεις και σε UWB σήματα διαμορφωμένα με PPM, ένα ϐασικό εμπόδιο είναι τόσο το μεγάλο πλήθος παραμέτρων που πρέπει να εκτιμηθούν (ένα τυπικό κανάλι σε εσωτερικό χώρο μπορεί να έχει ακόμη και πάνω από 150 συντελεστές), όσο και ο πολύ μεγάλος ϱυθμός δειγματοληψίας που απαιτείται. Επίσης, ϕαίνεται ότι μπορούν να αξιοποιηθούν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που εμφανίζει η εφαρμογή της διαμόρφωσης PPM σε UWB συστήματα, όπως είναι το ϕαινόμενο πολλαπλών μονοπατιών (multipath) σε συνδυασμό με την υψηλή διακριτικότητα (resolution) του σήματος UWB, ή ακόμη και η δυνατότητα μετάδοσης του ίδιου συμβόλου περισσότερες από μί- α ϕορές. Στα πλαίσια της εργασίας ϑα μελετηθούν και ϑα ενσωματωθούν στο σύστημα υπάρχουσες μέθοδοι εκτίμησης ή ισοστάθμισης καναλιού, οι οποί- ες αποτελούν προϊόν πρόσφατων προσπαθειών προς αυτή την κατεύθυνση. Θα μελετηθεί ο τρόπος με τον οποίο επιδρούν στην απόδοση του συστήμα- τος. Τέλος, ϑα εξεταστεί η δυνατότητα επέκτασης των μεθόδων εκτίμησης καναλιού με σκοπό τη ϐελτίωση της υπολογιστικής τους πολυπλοκότητας, μετατρέποντάς τους σε επαναληπτικούς/προσαρμοστικούς αλγορίθμους. / -

L’aéroacoustique est une filière de l'acoustique qui étudie la génération de bruit par un mouvement fluidique turbulent ou par les forces aérodynamiques qui interagissent avec les surfaces. Ce secteur en pleine croissance a attiré des intérêts récents en raison de l’évolution de la transportation aérienne, terrestre et spatiale. Les microphones avec une bande passante de plusieurs centaines de kHz et une plage dynamique couvrant de 40Pa à 4 kPa sont nécessaires pour les mesures aéroacoustiques. Dans cette thèse, deux microphones MEMS de type piézorésistif à base de silicium polycristallin (poly-Si) latéralement cristallisé par l’induction métallique (MILC) sont conçus et fabriqués en utilisant respectivement les techniques de microfabrication de surface et de volume. Ces microphones sont calibrés à l'aide d'une source d’onde de choc (N-wave) générée par une étincelle électrique. Pour l'échantillon fabriqué par le micro-usinage de surface, la sensibilité statique mesurée est 0.4μV/V/Pa, la sensibilité dynamique est 0.033μV/V/Pa et la plage fréquentielle couvre à partir de 100 kHz avec une fréquence du premier mode de résonance à 400kHz. Pour l'échantillon fabriqué par le micro-usinage de volume, la sensibilité statique mesurée est 0.28μV/V/Pa, la sensibilité dynamique est 0.33μV/V/Pa et la plage fréquentielle couvre à partir de 6 kHz avec une fréquence du premier mode de résonance à 715kHz. / Aero-acoustics, a branch of acoustics which studies noise generation via either turbulent fluid motion or aerodynamic forces interacting with surfaces, is a growing area and has received fresh emphasis due to advances in air, ground and space transportation. Microphones with a bandwidth of several hundreds of kHz and a dynamic range covering 40Pa to 4kPa are needed for aero-acoustic measurements. In this thesis, two metal-induced-lateral-crystallized (MILC) polycrystalline silicon (poly-Si) based piezoresistive type MEMS microphones are designed and fabricated using surface micromachining and bulk micromachining techniques, respectively. These microphones are calibrated using an electrical spark generated shockwave (N-wave) source. For the surface micromachined sample, the measured static sensitivity is 0.4μV/V/Pa, dynamic sensitivity is 0.033μV/V/Pa and the frequency range starts from 100kHz with a first mode resonant frequency of 400kHz. For the bulk micromachined sample, the measured static sensitivity is 0.28μV/V/Pa, dynamic sensitivity is 0.33μV/V/Pa and the frequency range starts from 6kHz with a first mode resonant frequency of 715kHz.

Ultra-wideband (UWB) communication has been the subject of extensive research in recent years due to its unique capabilities and potential applications, particularly in short-range multiple access wireless communications. However, many important aspects of UWB-based communication systems have not yet been thoroughly investigated. The propagation of UWB signals inside very small enclosed environments is one of the important issues with significant impacts on the future direction, scope, and generally the extent of the success of UWB technology. The objective of this thesis is to obtain a more thorough and comprehensive understanding of ultra-small UWB channels for communication applications and design issues for enhancing the data rate of UWB systems. This works supports the postulation of a high capacity UWB wireless interconnect scheme for communicating devices within conducting enclosures – a wireless “backplane”. This thesis proposes the use of an Ultra-Wide Bandwidth (UWB) ultra-small scale wireless interconnect scheme for use within electrically small enclosures. Such ultra-small environments (size ≤ 10 wavelengths) are topologically much more complex, being more cluttered, than typical indoor environments (size ≥ 10 wavelengths). The concept is presented through two different scenarios. Firstly, a PC Tower case is presented as a model environment and the work seeks to present the optimum channel performance, where EMI issues are discussed and problem avoidance proposed. Secondly, in order to extrapolate the different results from the study inside the PC, an investigation is carried out using an Aluminium tower case as a more generic model environment. The analysis is based on the behaviour of box modes within a conducting resonator enclosure and the effective communications bandwidth for UWB systems for different sizes and components within. From these general considerations the research presents theoretical and experimental results from which are derived the communications metrics measured within enclosures. Simulations of the different scenarios are performed using different techniques such as ray tracing and a full wave model, based on CST Microstripes. Empirical data is recorded using a vector network analyser (VNA)-based wideband channel sounding system where channel measurements are carried out in every scenario regarding different aspects such as frequency response and time domain analysis, evaluation of the channel capacity, power delay study and the nature of the environment.