El término carga de espacio describe el estado eléctrico de un material, mal conductor, que mantiene una distribución de cargas eléctricas relativamente inmóviles. El estudio del efecto de la carga de espacio sobre las propiedades de los materiales aislantes está adquiriendo importancia creciente, dada su influencia en los procesos de envejecimiento y ruptura dieléctrica, los cuales suponen una limitación de las prestaciones de aquellos.Para el estudio de la carga de espacio hay que tener en cuenta dos aspectos complementarios. Por un lado, es necesario conocer la distribución espacial de la misma, pues ésta condiciona el valor del campo eléctrico en el interior del material. Por otra parte es necesario determinar los parámetros que rigen los procesos de atrapamiento, transporte y relajación de la carga. En la actualidad se disponen de diversas técnicas para llevar a cabo estos estudios, aunque en general presentan el problema de que, por una parte, requieren acondicionamientos diferentes de las muestras y, por otra, necesitan la disposición de electrodos especiales en algunos casos. Dada la sensibilidad de la carga de espacio a estos factores, resulta difícil correlacionar la información que proporcionan.En nuestro trabajo hemos utilizado tres técnicas que permiten evitar el problema que hemos puesto de manifiesto anteriormente, pues estas técnicas se pueden aplicar sobre muestras que han sido previamente acondicionadas de la misma manera. Estas técnicas son la de las corrientes de despolarización estimulada térmicamente (TSDC), el análisis eléctrico dinámico (DEA) y la técnica del escalón térmico. Las dos primeras son técnicas de espectroscopía dieléctrica mientras que la última permite obtener la distribución de la carga en el material. Los materiales empleados han sido el polimetacrilato de metilo (PMMA) y dos variedades comerciales de polieterimida (PEI) denominadas Ultem 1000 y Ultem 5000. En el análisis de los datos obtenidos mediante TSDC hemos utilizado el modelo de Bucci-Fieschi para las relajaciones de naturaleza dipolar, mientras que las de carga de espacio se han interpretado en base al modelo de cinética de orden general, siempre aplicados sobre muestras polarizadas mediante ventanas (WP). Los parámetros que hemos analizado para las relajaciones dipolares son los tiempos de relajación y energías de activación. En el caso de las relajaciones de carga de espacio hemos estudiado el tiempo de relajación, la energía de activación (que en este modelo corresponde a la profundidad de atrapamiento), la carga atrapada inicial y el orden cinético, parámetro que da información acerca del proceso microscópico más probable en la relajación de la carga de espacio. Los datos de DEA fueron interpretados mediante el modelo de Coelho, utilizando el formalismo del módulo eléctrico, obteniéndose información acerca del grado de bloqueo de los electrodos, la conductividad del material, la concentración de portadores y su movilidad.Entre los resultados obtenidos podemos resaltar que a temperaturas de polarización por encima de 80oC, superiores a la Tpo de la relajación ' del PMMA y a las que el pico  ya es activado, se ha observado un proceso de inyección anódica, que creemos acompañado de un incremento de la movilidad de los portadores positivos que permite explicar el incremento de la conductividad y la disminución de la rigidez dieléctrica observada por otros autores.Para la interpretación de los resultados obtenidos en el estudio mediante TSDC de la relajación de carga de espacio en el PMMA hemos desarrollado un procedimiento que permite extender el método del análisis del mapa de relajación (RMA), habitual en el estudio de las relajaciones dipolares, al caso de la carga de espacio. Según nuestra interpretación, la curva de descarga obtenida procede del proceso de relajación de carga atrapada en una franja de niveles de atrapamiento cuya anchura depende fundamentalmente de la anchura de la ventana de polarización, y cuya profundidad depende de las condiciones de polarización. En el caso de ventanas de polarización de anchura nula, la carga de espacio se halla en una franja estrecha de niveles de atrapamiento, de manera que se puede suponer que el proceso de relajación no es distribuido y aplicar, por lo tanto, un modelo de relajación simple para su estudio, siendo el de cinética de orden general muy conveniente.El procedimiento desarrollado permite explicar, al menos de una forma cualitativa, la función de distribución de niveles de atrapamiento. En el caso del PMMA, el número de trampas parece crecer suavemente hasta alcanzar un máximo a una profundidad de unos 2.35 eV, para, una vez superado éste, decrecer bruscamente a una profundidad de unos 2.5 eV. El orden cinético de la relajación es de 1.14 en el caso del PMMA1 y de 1.25 en el del PMMA2, indicando que, en estos materiales, el proceso de relajación más probable de la carga de espacio es el de la recombinación de portadores.Los valores encontrados para las energías de activación y los factores preexponenciales del tiempo de relajación siguen leyes de compensación. Hemos de resaltar que la existencia de leyes de compensación en el caso de aisladores se había encontrado en procesos de relajación dipolar analizados mediante modelos de cinética de primer orden, mientras que en nuestro caso se ha comprobado en un proceso de relajación de carga de espacio que obedece a una cinética que no es de primer orden.El grado de saturación alcanzado en la formación de la carga de espacio en las muestras de PMMA para un tiempo de polarización dado es tanto mayor cuanto mayores sean el campo aplicado y la temperatura de polarización, observándose que cuanto mayor es el nivel de saturación alcanzada en las polarizaciones, más definida es la temperatura de polarización óptima. La profundidad de atrapamiento de la carga crece con el tiempo de polarización, si bien la temperatura y el campo de polarización influyen en la profundidad de la carga atrapada. En el caso de campos bajos, la profundidad de atrapamiento crece con la temperatura e inicialmente con el campo aplicado. A partir de cierto valor del campo aplicado se observa una disminución de la profundidad de atrapamiento, posiblemente relacionada con un mecanismo de disminución de la barrera de potencial por efecto del campo residual en el material, que parece ser más eficaz en las trampas más profundas.Hemos estudiado la distribución de la carga de espacio en electretes de PMMA, polarizados mediante ventanas de anchura nula a la temperatura de polarización óptima. Los perfiles de distribución de la carga que se han obtenido son más complejos que los observados en relajaciones de naturaleza dipolar y que los obtenidos en electretes polarizados convencionalmente que se han descrito en la bibliografía, y en los que la carga de espacio se había aislado mediante la técnica limpieza de picos. Nuestros resultados indican que a tiempos de polarización cortos se forma fundamentalmente heterocarga y que al incrementarse los tiempos se forman distribuciones más complejas, en las que se observan dos macrodipolos orientados en la dirección del campo. Para campos de polarización altos, el campo residual es mucho mayor en la zona catódica, probablemente fruto de una mayor eficacia de la inyección en el ánodo, lo que produce una compensación de la heterocarga. En el caso de las medidas de DEA sobre PMMA, hemos observado un buen ajuste de los resultados experimentales al modelo de Coelho, lo que supone que a temperaturas por encima de la de transición vítrea los procesos de transporte de carga en este material son la difusión y la conducción óhmica. Los electrodos presentan un bloqueo parcial, observándose un ligero aumento del bloqueo de los mismos con la temperatura. Esta situación de bloqueo parcial puede explicar la existencia de fenómenos de inyección que, como la técnica del escalón térmico ha evidenciado, parecen ser más eficaces en el ánodo.La conductividad en el material a temperaturas por encima de la de transición vítrea es activada térmicamente. Su valor se incrementa en dos órdenes de magnitud en el intervalo de temperaturas estudiado. Este incremento de la conductividad no ha de ser atribuido a un incremento de la concentración de portadores, ya que ésta parece disminuir ligeramente, sino a un incremento de la movilidad de los mismos, que resulta ser activada térmicamente.Los resultados obtenidos en la caracterización mediante corrientes termoestimuladas de las relajaciones presentes en el Ultem 1000 son comparables a los que proporcionan las medidas de DEA. En el material se producen tres procesos de relajación de naturaleza dipolar y uno de carga de espacio. Este último proceso da lugar a un pico sólo en el caso de las corrientes termoestimuladas, debido a la baja frecuencia equivalente de éstas.El gran poder de resolución de la técnica TSDC ha permitido alcanzar el desdoblamiento del pico , que puede resolverse en un doble pico en medidas TSDC convencionales, mientras que, en las medidas de DEA, ambos picos aparecen confundidos en un pico muy ancho. El uso de la polarización por ventanas mejora el poder de resolución de la técnica TSDC, y en el caso de la relajación  se han detectado tres temperaturas de polarización óptima, que ponen de manifiesto la existencia de tres mecanismos de relajación a nivel microscópico.Se han determinado los parámetros que rigen las cinéticas de las diferentes relajaciones y se han comparado con los valores proporcionados por otras técnicas. Las energías de activación para la relajación  se corresponden bien con los valores obtenidos mediante otras técnicas, pero hay diferencias en la  y la . Las diferencias en el caso de la relajación  son atribuibles al hecho de que los tres mecanismos diferenciados que se observan mediante TSDC aparecen superpuestos en solo pico ancho en las medidas DEA y DMTA. Por este motivo, creemos que los valores obtenidos mediante corrientes termoestimuladas son más realistas. Creemos que las diferencias en las energías de activación de la relajación  están relacionadas con las diferencias en los procesos de cálculo.Las corrientes TSDC que resultan de la carga de espacio en este material obedecen a un proceso de relajación cuya cinética es próxima a la unidad, lo que evidencia que la recombinación es el mecanismo más probable durante la relajación. Como en el caso del PMMA, se ha observado una ley de compensación para la relajación de carga de espacio en este material. Hemos comparado los espectros TSDC del Ultem 1000 y el Ultem 5000 a temperaturas por encima de la ambiente. Ambas variedades tienen un espectro TSDC similar, si bien en el caso del Ultem 5000 los picos aparecen desplazados a temperaturas superiores. Las energías de activación de las relajaciones  y  de ambas variedades de polieterimida son comparables. Los órdenes cinéticos de la relajación de carga de espacio también son parecidos en ambos materiales. La principal diferencia entre ellos, es la mayor capacidad de atrapamiento del Ultem 1000, que creemos que puede ser la causa de su menor rigidez dieléctrica.El modelo de Coelho ha resultado satisfactorio para la interpretación del efecto de la relajación de la carga de espacio en las medidas dieléctricas convencionales en ambas variedades de polieterimida. En ambos casos se ha obtenido una conductividad activada térmicamente, siendo en el caso del Ultem 5000 unos dos órdenes de magnitud mayor en el intervalo de temperaturas estudiado. En ambos casos el incremento de la conductividad con la temperatura se ha de atribuir a la movilidad creciente de los portadores, ya que se ha determinado que la concentración de portadores varía poco en dicho intervalo térmico.Por otro lado se han observado diferencias en el comportamiento de los electrodos. En el Ultem 5000 los electrodos se hallan completamente bloqueados, mientras que en el Ultem 1000 el bloqueo en los mismos es parcial. En ambos casos, el valor del factor de transparencia de los electrodos no parece depender de la temperatura, por lo que creemos que en el comportamiento de la unión metal-aislante es más determinante la naturaleza de los materiales que la temperatura.

LIDAR es un acrónimo de LIght Detection And Ranging. En la presente tesis, se usan técnicas basadas en lidar elástico para monitorizar la atmósfera remotamente y derivar información cuantitativa acerca de sus parámetros ópticos. Esta tesis doctoral comprende el diseño y operación de una estación lidar elástica basada en un láser pulsado de Nd:YAG operando a las longitudes de onda de 1064 y 532 nm, en lo que se refiere a los sistemas de recepción, control y diseño de algoritmos de inversión. Básicamente, puede dividirse en tres partes bien diferenciadas: La primera (Caps. 1, 2 y 3) comprende el estudio de la dispersión elástica (Rayleigh y Mie) en la atmósfera, orientada al cálculo del balance de enlace, e intenta vislumbrar la interrelación entre variables físicas tales como la temperatura, la presión y la humedad, y el fenómeno de dispersión, dejando de lado su posible extrapolación a modelos meteorologicos. Partiendo de esta base, se estiman valores de extinción y retrodispersión para diferentes condiciones atmosféricas y, como resultado, se presenta un balance de enlace para el sistema. El mismo incluye el estudio del alcance lidar, la estimación de la relación señal a ruido, y la evaluación de fotodiodos para diferentes librerías del usuario. Esta primera parte se cierra con las especificaciones globales del sistema. La segunda parte de este trabajo (Caps. 4, 5 y 6) atiende al diseño e implemen-tación del receptor, sistemas de sincronización y control. El receptor optoelectrónico se basa en amplificadores realimentados en corriente y cuenta con un excelente producto ganancia ancho de banda. Por lo que respecta al subsistema de sincronismo, se presentan dos unidades distintas con vistas a un futuro sistema lidar de escaneo, lo cuál ofrece la posibilidad de realizar scans entrelazados. Para terminar, el sistema de control diseñado se basa en el software de control LabView, que ofrece una filosofía de control distribuido. Con este propósito, se han especificado e implementado protocolos de bus lidar y su señalización para la presente estación lidar. Finalmente, la tercera parte comprende el diseño de algoritmos de inversión con y sin memoria (Caps. 7 y 8). Los algortimos sin memoria para atmósferas homogéneas se basan en procedimientos de ajuste por regresión como son el método de la pendiente y el de mínimos cuadrados y, en el caso de atmósferas inhomogéneas, se basan en el método de Klett y calibraciones adecuadas. Los algortimos con memoria se basan en diferentes modelos estocásticos para la atmósfera y filtrado de Kalman no lineal. Además de los algortimos de inversión, también se calculan y discuten las curvas del error de inversión. El Cap. 9 describe las medidas llevadas a cabo con el sistema que este trabajo ha permitido construir así como el resultado de aplicar los algoritmos de inversión presentados en los capítulos precedentes. La inversión de escenas reales comprende estudios de la estructura de polución, estudios de nubes (ceilometría, básicamente desplazamiento y estructura de las nubes) y señala posibles fuentes de error en el factor de solapamiento. / LIDAR is an acronym of LIght Detection And Ranging. In the present case, the elastic lidar techniques are used to remotely sense the atmosphere and to derive quantitative information about its optical parameters.This thesis comprises the design and operation of an elastic lidar station based on a pulsed Nd:YAG laser operating at the 1064- and 532-nm wavelengths, in the parts concerning receiver, control systems, and inversion algorithms.Basically, it can be divided in three different parts: The first one (Chaps. 1, 2, and 3) encompasses the study of the elastic scattering (Rayleigh and Mie) in the atmosphere for link-budget purposes and gives some insight into the interweaving between physical variables such as temperature, pressure and humidity, and the scattering phenomena, letting apart any possible extrapolation to meteorological models. From this basis, extinction and backscatter figures for different atmospheric conditions can readily be assessed and, as result, a system link budget is presented. This includes lidar range study, signal-to-noise ratio assessment, and photodiode evaluation from custom-made libraries. At the end of the first part, the system specification is made. The second part of this work (Chaps. 4, 5, and 6) is concerned with the design and implemen-tation of receiver, synchronization, and control systems. The optoelectronic receiver is based on current-feedback amplifiers and features a very large gain-bandwidth product. As for the synchronization subsystem, two different units are presented with a view to a future scanning lidar system, which makes room for interspersed scans. Eventually, the control system designed is LabView based and features a distributed control philosophy. For that purpose, lidar bus protocols and signals are specified and built for the actual lidar station. Finally, the third part encircles the design of inversion algorithms with and without memory (Chaps. 7 and 8). Non-memory algorithms for homogeneous atmospheres are based on regression curve-fitting procedures, such as the slope-method and the least squares while in instances of inhomogeneous atmospheres they are based on Klett's method and appropriate calibrations. Memory algorithms are based on different stochastic models for the atmosphere and on non-linear Kalman filtering. In addition to these inversion procedures, error assessment plots are also derived and discussed. Chap. 9 describes the measurements carried out with the system this work has contributed to build and the results of applying to them the inversion algorithms discussed in the preceding chapters.The inversion of live-scenes involves pollution structure studies, cloud studies (ceilometry, cloud motion and wave clouds, basically), and hints overlap factor error sources.

In the field of second harmonic (SH) generation most studies have been concerned with maximizing conversion efficiencies, generally achievable at the phase matching (PM) condition. Outside of the PM the conversion efficiency drastically decreases. This has caused that the possible working conditions out of PM to remain largely unexplored. In this thesis work we initiated a systematic study of the SH behavior in under conditions of large phase mismatch. When a pump pulse crosses an interface between a linear and a nonlinear medium there are always two generated SH components. These components may be understood on the basis of the mathematical solution of the inhomogeneous wave equations at the SH frequency. The homogeneous (HOM) solution is a component with wave-vector k(2¿) as expected from the dispersion relation and exchanges energy with the pump until the inevitable walk-off. The inhomogeneous (INH) solution is a component with a wave-vector 2k(¿), twice the pump wave-vector, and travels locked to the pump pulse. We divide our work in two parts, one for each generated component. Inhomogeneous component. We start a systematic study of the behavior of the generated INH component, phase locked to the pump. The consequences of phase locking (PL) can guide us towards new scenarios by allowing working conditions hitherto assumed inaccessible for absorbing materials. We show that while the HOM component travels with the group velocity given by material dispersion, the IHN component is captured by the pump pulse and experiences the same effective dispersion of the pump. It does not follow the PM condition. It naturally follows that the suppression of absorption at the SH wavelengths will occur if the pump is tuned to a region of transparency. We extended the same theory for the generated third harmonic (TH). We then studied the surprising behavior of SH and TH INH components with frequencies above the absorption edge when the material is placed inside a cavity resonant only at the fundamental frequency. We have shown that the PL mechanism not only inhibits absorption but also fosters the enhancement of harmonic generation by several orders of magnitude compared to the no-cavity case. Finally, we tested the INH SH and TH behaviors in metallic frequency regime of material. Homogeneous component. The techniques used to PM the nonlinear interaction enable efficient nonlinear interactions but drastically limit the spectral bandwidth of the nonlinear optical process, making the designed frequency converter only suitable for a fixed input wavelength and single interaction only. It has been shown that the use of disordered nonlinear media relaxes the PM condition thus allowing one to achieve relatively efficient broad bandwidth regime of the frequency conversion. An example of a quadratic nonlinear medium with a disordered domain structure is an un-poled Strontium Barium Niobate (SBN) crystal. It is composed of a system of random size anti parallel ferroelectric domains that allow to phase-match any second-order parametric process over a broad range of wavelengths without any poling. We have initiated an experimental and theoretical investigation of the properties of the SH waves generated in SBN crystals, with an extension to the generated TH. This study covers the coherence and polarization properties of the generated signal, as well as its spatial distribution. In addition, we have made an experimental study of the noncollinear interaction of short optical pulses in a SBN crystal by using two fundamental waves intersecting inside the crystal. We have shown that this effect may be employed as a simple tool for monitoring both the pulse duration and initial chirp. This method offers a simple and economic alternative to the existing methods for pulse characterization.

Der Anspruch an die Elektroenergieversorgung in Industrieländern hat verschiedenen Aspekten zu genügen. Hierzu gehören: • Versorgungssicherheit, • Preiswürdigkeit, • Effizienz, • Umweltverträglichkeit und • Verbraucherfreundlichkeit. [1] Diese Ziele stehen konträr zueinander. Der reine Strompreis ist durch die Erzeugung und den Transport bestimmt. Während sich der Preis für die Erzeugung an der Strombörse in Abhängigkeit von Angebot und Nachfrage bildet, weisen Transport- und Verteilungsnetze mit hohen Fix- und geringen variablen Kosten den Charakter natürlicher Monopole auf. Daher unterliegen sowohl Transport- als auch Verteilnetze einer staatlichen Regulierung durch die Bundesnetzagentur. Aufgabe der Regulierung ist es, die Transportkosten bei Einhaltung eines vorgegebenen Qualitätsniveaus und unter Sicherstellung angemessener Investitionen zu minimieren. Es stellt sich jedoch die Frage nach dem „Wie?“. Das Niveau der Zuverlässigkeit der Elektroenergieversorgung in Deutschland ist im internationalen Vergleich sehr hoch. [2] Zur Wahrung dieses Standortvorteils sind mit Blick auf die Nachhaltigkeit kontinuierliche Investitionen notwendig. Dies gilt besonders für die Mittelspannungsnetze, in denen ein Großteil der zur Elektroenergieverteilung erforderlichen Leitungen sowie Ortsnetzstationen installiert sind. Im Gegensatz zu den Übertragungsnetzen wird in Mittelspannungsnetzen aus Kostengründen kein kontinuierliches Betriebsmittelmonitoring betrieben. Auch das (n-1)-Kriterium [3] wird aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer eingehalten. Da sich ein Fehler in dieser Spannungsebene direkt auf eine Vielzahl von Kunden auswirkt, bestimmen Mittelspannungsnetze die Versorgungssicherheit wesentlich. Mittelspannungsnetze sind heutzutage reine Kabelnetze bzw. Netze mit Kabel- und Freileitungsanteil. Die Bewertung des vorhandenen Mittelspannungsnetzes stellt für Verteilnetzbetreiber eine Herausforderung dar. Während man Freileitungen leicht auf ihren Zustand hin begutachten kann, ist eine Zustandsbestimmung bei Mittel-spannungskabeln schwierig. Gleichzeitig haben sich Ersatzinvestitionen genau auf die Mittelspannungskabel zu konzentrieren, die sich in einem schlechten technischen Zustand befinden. Die Beurteilung des Zustandes von Mittelspannungskabeln ist somit eine der zentralen Aufgaben eines Verteilnetzbetreibers. Eine umfassende Bewertung mit Prüf- und Diagnoseverfahren ist in ausgedehnten Mittel-spannungsnetzen aus Kostengründen nicht möglich. Die systematische Analyse und Auswertung von Betriebsmittel-, Topologie- und Fehlerdaten bietet die Möglichkeit einer umfassenden Bewertung heutiger und zukünftiger Mittelspannungsnetze. In der Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, die in den Netzdaten vorhandenen Informationen systematisch zur Ableitung optimierter Investitionsentscheidungen zu nutzen. Quellenangaben: [1] vgl. §1 EnWG [2] BDEW, „Energiemarkt Deutschland: Zahlen und Fakten zur Gas-, Strom- und Fernwärmeversorgung“, Berlin, 2009 [3] Koeppel, F. W „Zuverlässigkeit von Elektroenergiesystemen“, 1. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990

Die Öffnung von Toren mit Funkfernbedienungen ist bequem und daher weit verbreitet. Gäbe es eine Sicherheitslücke, die sich bei vielen Toren ausnutzen ließe, dann würde dies ein Risiko für eine Vielzahl von Personen und Gütern darstellen. Funkfernbediente Tore gibt es schon seit vielen Jahren. Es liegt daher die Vermutung nahe, dass zumindest ältere Systeme einem Angriff mit moderner Technik nicht standhalten. Dass sich Meldungen über geknackte Funkfernbedienungen in Grenzen halten, darf hierbei kein Indiz für deren Sicherheit sein. Gerade die jüngere Vergangenheit hat gezeigt, dass Kriminelle auch hohe technische Hürden meistern. Wurde noch vor wenigen Jahren das Ausrüsten von Geldautomaten mit Skimming-Kameras oder das Manipulieren von EC-Terminals mit Spionagehardware für akademisch gehalten, sind diese Angriffsszenarien heute leider zur alltäglichen Realität geworden. In dieser Arbeit wird die Sicherheit bestehender Funkfernbediensysteme analysiert. Aus dem Ergebnis dieser Analyse werden Anforderungen an ein besseres System abgeleitet. Schließlich wird ein Konzept und die prototypische Umsetzung einer Funkfernbedienung mit erhöhtem Sicherheitsprofil vorgestellt. Durch die Kombination preiswert verfügbarer elektronischer Komponenten und erprobter Verschlüsselungsalgorithmen wird ein abgesichertes System vorgestellt, dass bei gleichem Nutzungskomfort wie bestehende Systeme deutlich erhöhte Sicherheit gegen unbefugten Zugang bietet. Die Arbeit führt zunächst in die Grundlagen der verwendeten Funk- und Kryptografieverfahren ein. Im anschließenden Kapitel werden exemplarisch verschiedenartige Systeme hinsichtlich ihrer Sicherheit analysiert. Aus den analysierten Stärken und Schwächen werden die Anforderungen an ein neues System abgeleitet. Es wird ein konkretes Konzept für ein neues System vorgestellt. Das darauf folgende Kapitel beschreibt die praktische Umsetzung des zuvor erarbeiteten Konzepts in Form eines Prototyps. Die Arbeit schließt mit einem Fazit zur Sicherheit bestehender Systeme und des neu konzeptionierten Systems. Es werden weitere Verwendungsmöglichkeiten vorgestellt und schließlich die Praxistauglichkeit und Serienüberführbarkeit dargelegt.

Carbon nano tubes (CNT’s) are promising candidates for several sensor applications such as optical sensors, strain gauges or flow sensors. For certain sensor structures liquid CNT dispersions are required. These are important not only for the realization of CNT-films for sensors like strain gauges but also for technological processes such as dielectrophoresis. CNT-films are realized by deposing the dispersion on a carrier material followed by a drying process. The dispersion properties depend on several parameters like CNT concentration, surfactant concentration, sonication time, centrifugation time, storing time and other parameters. Methods for characterization of dispersions are up to now limited to UV/VIS spectroscopy. This is generally limited to low CNT concentrations. This paper discusses the possibility to use impedance spectroscopy as characterization method for the stability of the dispersions. The impedance of the dispersion was measured using a conductivity measurement cell with platinum electrodes. The behavior of characteristic points of the impedance spectrum was investigated for three identically prepared samples during 7 days of storing time. The systematic trend observed is definitively larger than the variance between different samples. With increasing time after preparation the CNT fallout will increase and the amount of deposable CNT’s will decrease. The decreasing imaginary part indicates an easier diffusion of surfactant molecules because they are not longer attached to CNT’s.

En aquesta tesis, es proposarà, com a solució per al disseny d’etapes d’elevat guany en aplicacions fotovoltaiques, la connexió en cascada d’elements canònics per al processat de potència basats en el convertidor elevador boost treballant sota un control en mode lliscant. Els tres elements canònics per al processat de potència són el transformador de corrent continu (CC), el girador de CC i el Loss-Free Resistor (LFR) o resistor lliure de pèrdues. La connexió en cascada de dos convertidors elevadors s’ha realitzat mitjançant diferents enfocs: dos elements canònics idèntics, dos elements canònics diferents i també mitjançant una única superfície de lliscament per controlar els dos convertidors. Les diferents connexions s’han comparat en termes de prestacions dinàmiques, estabilitat y temps d’establiment. Es podrà veure que la connexió en cascada de dos LFR és la millor opció per les aplicacions citades en termes de prestacions dinàmiques i estabilitat. La connexió en cascada de dos LFR s’aplicarà per la implementació d’una etapa d’adaptació d’impedàncies entre un generador fotovoltaic i un bus de tensió continua de 380 V. Per fer-ho s’utilitzarà un sistema MPPT basat en un algoritme de control extremal. Es modelarà la dinàmica ideal en mode lliscant d’ordre reduït a partir del model complet commutat tenint en compte les restriccions del mode lliscant, la característica no lineal del generador fotovoltaic i la dinàmica del control MPPT. A més a més, la connexió en cascada de dos LFR s’utilitzarà per inyectar la potència provinent d’un generador PV a una xarxa de corrent altern . A continuació, es durà a terme una comparació entre la connexió en cascada de dos LFR i dos convertidors amb guany elevat: el convertidor Z-source i un convertidor basat amb inductors acoblats. Aquests convertidors s’analitzaran per tal d’identificar els avantatges i els desavantatges de cada topologia en front a la connexió en cascada de dos LFR. La comparació es farà en termes de volum, nombre de components, prestacions dinàmiques, estabilitat i rendiment. Finalment, els dos LFR connectats en cascada s’utilitzaran per dissenyar una nanoxarxa formada per n LFR connectats en paral•lel que actuaran com etapa adaptadora entre n generadors fotovoltaics i un bus de CC de 380 V. Cada generador fotovoltaic es connectarà al bus de CC utilitzant dos LFR en cascada de forma que els n sistemes tindran els seus ports de sortida connectats en paral•lel. A més a més, es connectarà una bateria al sistema a través d’un convertidor bidireccional que serà l’encarregat de regular la tensió del bus de CC de la nanoxarxa. En el marc d’aquesta tesis s’han implementat diferents prototipus experimentals per tal de validar els anàlisis teòrics i les simulacions numèriques efectuades. / En esta tesis, se propondrá, como solución para el diseño de etapas de elevada ganancia en aplicaciones fotovoltaicas, la conexión en cascada de elementos canónicos para el procesado de potencia basados en el convertidor elevador boost trabajando bajo un control en modo deslizante. Los tres elementos canónicos para el procesado de potencia son el transformador de corriente continua (CC), el girador de CC y el Loss-Free Resistor (LFR) o resistor libre de pérdidas. La conexión en cascada de dos convertidores elevadores se ha realizado mediante diferentes enfoques: dos elementos canónicos idénticos, dos elementos canónicos diferentes y también mediante una única superficie de deslizamiento para controlar los dos convertidores. Las diferentes conexiones se han comparado en términos de prestaciones dinámicas, estabilidad y tiempo de establecimiento. Se podrá ver que la conexión en cascada de dos LFR es la mejor opción para las aplicaciones citadas en términos de prestaciones dinámicas y estabilidad. La conexión en cascada de dos LFR se utilizará en la implementación de una etapa de adaptación de impedancias entre un generador fotovoltaico y un bus de CC de 380 V. Para ello se utilizará un sistema MPPT basado en un algoritmo de control extremal. Se modelará la dinámica ideal deslizante de orden reducido a partir del modelo completo conmutado teniendo en cuenta les restricciones del modo deslizante, la característica no lineal del generador fotovoltaico y la dinámica del control MPPT. Además, la conexión en cascada de dos LFR se utilizará para inyectar la potencia proporcionada por un generador PV a una red de corriente alterna. A continuación, se llevará a cabo una comparación entre la conexión en cascada de dos LFR y dos convertidores con ganancia elevada: el convertidor Z-source y un convertidor basado en inductores acoplados. Estos convertidores se analizarán para identificar las ventajas y desventajas de cada topología frente a la conexión en cascada de dos LFR. La comparación se hará en términos de volumen, número de componentes, prestaciones dinámicas, estabilidad y rendimiento. Finalmente, los dos LFR conectados en cascada se utilizarán para diseñar una nano-red formada por n LFR conectados en paralelo que actuarán como etapa adaptadora entre n generadores fotovoltaicos y un bus de CC de 380 V. Cada generador fotovoltaico se conectará al bus de CC utilizando dos LFR conectados en cascada de forma que los n sistemas tendrán sus puertos de salida conectados en paralelo. Además, se conectará una batería al sistema a través de un convertidor bidireccional que será el encargado de regular la tensión del bus de CC de la nano-red. En el marco de esta tesis se han implementado diferentes prototipos experimentales para validar los análisis teóricos y las simulaciones numéricas efectuadas. / In this thesis, cascaded boost converters based on canonical elements under Sliding Mode Control (SMC) will be used as a solution for the high gain conversion ratio in PV applications. The three basic canonical elements for power processing are the DC-transformer, the DC-gyrator and the Loss Free resistor (LFR). Two cascaded boost converters will be synthesized based on one or two canonical elements using single or double sliding surfaces respectively. Different connections will be compared in terms of dynamic performance, stability, and settling time. It will be shown that the two cascaded LFRs is the best candidate for these kinds of applications in terms of dynamic performance and stability. The two cascaded LFRs will be applied to make an impedance matching between a PV generator and a DC voltage bus of 380 V. Maximum Power Point Tracker (MPPT) that employs an extremum-seeking control algorithm will be used. The ideal reduced-order sliding-mode dynamics model will be derived from the full-order switched model taking into account the sliding constraints, the nonlinear characteristic of the PV module and the dynamics of the MPPT controller. Moreover, the two cascaded LFRs will be used to connect a PV panel and AC distribution system. A comparison with other alternative converters for high gain conversion ratio will be carried out. The Z-source converter and the high step-up converter based on coupled-inductor are selected in order to make this comparison. These converters will be analyzed in order to address the advantages and disadvantages of each topology to be compared with the two cascaded LFRs in terms of volume, number of components, dynamic performance, stability and efficiency. Then, the two cascaded LFRs system will be used to synthesize a nanogrid consisting of n output paralleled two-stage boost converters which are used to connect n PV panels to a DC voltage bus of 380 V. Each PV panel is connected to the DC bus using two-stage cascaded LFRs and the n systems are connected in parallel at the output side which is then used as an interface between the panels and the DC grid. Moreover, a storage battery will be connected to the grid as a backup for the DC bus through a bidirectional converter and also for regulating the voltage of the DC bus. The thesis includes experimental implementations for validating the theoretical analysis and the numerical simulations.

El problema de la rectificación AC/DC de la energía eléctrica con criterios de eficiencia de conversión de potencia, baja interferencia electromagnética, bajo contenido armónico en la corriente de línea, factor de potencia cercano a la unidad y regulación de tensión para cargas variables ha sido un tema de interés en los últimos años especialmente por la existencia de regulaciones estrictas sobre máximos permitidos en estas especificaciones.La necesidad de utilizar convertidores electrónicos conmutados en estos sistemas obliga al diseño de controladores para el logro de los objetivos deseados. Se han propuesto en la última década diversos esquemas y técnicas de control para sistemas de este tipo; siendo un requerimiento importante el que los esquemas y técnicas de control empleadas impliquen un bajo costo de implementación. Las implementaciones prácticas de estos controladores sin embargo, presentan algunos inconvenientes que se han reportado en la literatura y que animan a la búsqueda de otros esquemas y técnicas de control.En ésta tesis se presenta y valida mediante simulación y experimentación, un esquema de control para un rectificador AC/DC tipo boost de puente completo que ofrece la posibilidad de convertir el problema no estándar de control derivado de los objetivos en este sistema, en uno estándar de regulación que permite la utilización de técnicas de control lineales y no lineales simples y ampliamente conocidas. Esto se logra gracias a la utilización de una técnica de modelado promediado en el espacio de estados conocida como GSSA. Para la aplicación del esquema propuesto se requiere la construcción de filtros digitales que extraigan en tiempo real de los coeficientes complejos de Fourier para armónicos específicamente seleccionados de las señales. En esta tesis se diseñan filtros que satisfacen esta necesidad con un bajo costo computacional a fin de que la propuesta sea de complejidad similar a las técnicas convencionales.Bajo el esquema de control propuesto, se diseñan y validan algunos reguladores lineales y no lineales para el rectificador boost de puente completo cuyo objetivo es principal es mostrar que el esquema propuesto puede dar origen a la utilización de técnicas de control más simples diferentes a las utilizadas hasta ahora para este mismo problema. / The problem of power electric AC/DC rectification with power conversion efficiency, low electromagnetic interference, low harmonic content in the line current, closer to unity power factor, and voltage regulation for variable loads criteria, has been a topic of special interest in the last years due to the existence of strict regulations on the maximum allowed values for these specifications. The necessity to use electronic switching converters in these systems, forces to the design of controllers for the achievement of the desired objectives. In the last decade diverse schemes and control techniques for systems of this type have been proposed; being an important requirement the one that the used schemes and control techniques they imply a low implementation cost. Practical implementations of these controllers however, present some inconveniences that have been reported in the literature and that they encourage to the search of other schemes and control techniques. In this thesis a control scheme for a full-bridge type boost AC/DC rectifier is presented and validated by means of simulation and experimentation, which offers the possibility to transform the non-standard problem derived from the control objectives into this system, in one standard regulation problem, allowing the use of simpler and broadly well-known lineal and non-linear control techniques. This is achieved thanks to the use of a state space averaged modeling approach known as GSSA. For the application of the proposed scheme, the design of digital filters for the extraction in real time of the complex Fourier coefficients of specifically selected harmonics is required. In this thesis some of these filters satisfying this necessity are designed achieving a low computational cost so that the proposal has a complexity similar to that of the conventional techniques. Under the proposed control scheme some lineal and non-linear regulators for the full-bridge type boost rectifier are designed, being the main objective showing that the proposed scheme can give rise to the use of simpler control techniques different to the utilized ones before for this same problem.

Las antenas de tipo reflectarray han despertado interés en aplicaciones como las comunicaciones por satélite, lo que justifica el esfuerzo por desarrollar técnicas para su diseño. Esta tesis aborda los dos aspectos de este problema: la solución de la síntesis de fase que proporcione la respuesta buscada en el diagrama de radiación, y el diseño de los elementos que componen el reflectarray que deberán sintetizar la distribución de fases mencionada. Se han analizado distintos métodos heurísticos para resolver la síntesis de fase y los estudios paramétricos demuestran que, para el problema que aquí se trata, hay dos métodos sensiblemente más eficaces: la optimización con enjambre de partículas y el recocido simulado. El problema de análisis y diseño de los elementos que componen el reflectarray se ha abordado mediante un método de análisis electromagnético basado en el gradiente conjugado en combinación con la FFT. Se han propuesto modificaciones de las estructuras tradicionales tales como las anillas concéntricas, las estructuras evolutivas parche-anillo o las estructuras híbridas anillo-parche. Se ha realizado el diseño y medida de varios prototipos con objeto de comprobar experimentalmente el correcto funcionamiento del proceso de diseño y de las geometrías estudiadas. / The reflectarray antennas have attracted interest in applications such as satellite communications. This justifies the effort in the development of techniques for their design. This thesis approaches the two different issues of the problem: the solution of phase synthesis to obtain the desired radiation pattern, and the design of the reflectarray elements to synthesize the required phase distribution. Different heuristic methods to solve the phase synthesis have been analyzed and parametric studies have been carried out, making it possible to demonstrate that, for the problem at hand, there are two methods more efficient: Particle Swarm Optimization and Simulated Annealing. The problem concerning the analysis and design of the reflectarray elements has been addressed by an electromagnetic analysis method based on the Conjugate Gradient algorithm in combination with the FFT. Some modifications of classic structures have been proposed such as the concentric rings, evolutionary patch-ring structures or ring-patch hybrid structures. The design and measurement of several prototypes has been carried out in order to check experimentally the proper operation of the design process and the geometries studied.

A full-sine (biphasic) pulse waveform is most commonly used for repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS), but little is known about how variations in duration or amplitude of distinct pulse segments influence the effectiveness of a single TMS pulse to elicit a corticomotor response. Using a novel TMS device, we systematically varied the configuration of full-sine pulses to assess the impact of configuration changes on resting motor threshold (RMT) as measure of stimulation effectiveness with single-pulse TMS of the non-dominant motor hand area (M1). In young healthy volunteers, we (i) compared monophasic, half-sine, and full-sine pulses, (ii) applied two-segment pulses consisting of two identical half-sines, and (iii) manipulated amplitude, duration, and current direction of the first or second full-sine pulse half-segments. RMT was significantly higher using half-sine or monophasic pulses compared with full-sine. Pulses combining two half-sines of identical polarity and duration were also characterized by higher RMT than fullsine stimuli resulting. For full-sine stimuli, decreasing the amplitude of the halfsegment inducing posterior-anterior oriented current in M1 resulted in considerably higher RMT, whereas varying the amplitude of the half-segment inducing anterior-posterior current had a smaller effect. These findings provide direct experimental evidence that the pulse segment inducing a posterior anterior directed current in M1 contributes most to corticospinal pathway excitation. Preferential excitation of neuronal target cells in the posterior-anterior segment or targeting of different neuronal structures by the two half-segments can explain this result. Thus, our findings help understanding the mechanisms of neural stimulation by full-sine TMS.