El doble tungstato cristalino de potasio y lutecio con estructura monoclínica, KLu(WO4)2, se ha establecido como una nueva matriz laser de estado sólido para iones de Tm, Yb y Ho debido a (i) las altas secciones eficaces de absorción y emisión; (ii) la relativamente larga distancia entre iones Lu-Lu permitiendo altos niveles de concentración de iones activos sin perdidas significativas por fluorescencia; y (iii) el tiempo de vida suficientemente largo del nivel emisor de la transición láser asegurando un alto almacenamiento de energía. Estas características son explotadas en este trabajo usando Tm como ion activo para generar emisión láser a 1.94 µm. El máximo local de absorción del agua a esta longitud de onda hace a este laser interesante para aplicaciones medicas y atmosféricas. Cambio de polarización, operación en dos longitudes de onda, laser vibrónico, diseño láser de capa delgada Thin-disk, Q-conmutado pasivo y la interacción láser-tejido del láser de Tm:KLu(WO4)2 a 1.94 µm son demostrados en este trabajo. / Monoclinic potassium lutetium double tungstate KLu(WO4)2 is established as new laser host for Tm, Yb and Ho active ions due to (i) its very high values of absorption and emission cross sections (ii) its relatively large Lu-Lu distances allowing high ion concentration with minimum fluorescence quenching effects and (iii) the long lifetime of the upper laser level ensuring high energy storage. These characteristics are exploited in this work using Tm as active ion to generate laser emission at 1.94 µm. The local maximum of water absorption at this wavelength makes this laser interesting for medical and atmospheric applications. Polarization switching, dual-wavelength operation, vibronic laser, thin-disk laser design, passive Q-switching and the laser-tissue interaction of the 1.94 µm Tm:KLu(WO4)2 laser are demonstrated in this work

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε η θεωρία των Direct Digital Synthesizers, ενώ σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας Dual Direct Digital Synthesizer. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφερόμαστε με συντομία στην ιστορική εξέλιξη, στα πλεονεκτήματα και τις εφαρμογές της τεχνολογίας DDS. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε τον τρόπο λειτουργίας ενός συνθέτη DDS και στην συνέχεια δίνουμε έμφαση, στα λειτουργικά μπλόκ που τον αποτελούν και στο μοντέλο θορύβου του. Στην συνέχεια αναφέρουμε το πρωτόκολλο επικοινωνίας του Dual Synthesizer με τον υπολογιστή καθώς ο έλεγχος πραγματοποιείται απο PC. Η ιδέα αυτή αποτελεί μέρος, ενός μεγαλύτερου σχεδιόυ που διεξάγεται στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Εφαρμογών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος της ιδέας αυτής είναι η δημιουργία ενος Εργαστηρίου Ηλεκτρονικών Οργάνων (Desktop Lab) το οποίο αφενός δεν θα υστερεί σε τίποτα απο τα συνηθισμένα εργαστήρια αφετέρου ο οποιοσδήποτε θα μπορεί να έχει πρόσβαση σε αυτό μέσω διαδικτύου. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά του σχεδιασμού του Hardware της γεννήτριας, ενώ στο πέμπτο επικεντρονόμαστε στον προγραμματισμό του FPGA του συστήματος. Στο έκτο κεφάλαιο αναλύεται το software του Dual Synthesizer. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παραθέτουμε μερικές μετρήσεις που επιβεβαιώνουν την ορθότητα της σχεδίασης και της κατασκευής. / Throughout this dissertation the theody of Direcl Digital Synthesizers was studied while at the same time a Dual Direct Digital Synthesizer was designed and implemented. In the first part we briefly mentioned the evolution, the advantages and some applications of DDS technology. In the second part we analyzed the method of operation of DDS synthesizer and followed up by placing emphasis on the operational blocks which it consists of, and the noise model. After which we noted the communication protocol of the Dual Synthesizer with the computer since it tis controlled by it. This concept is part of a greater ongoing plan in the applied Electronics Laboratory of the department of Electrical Engineering of Upatras. The goal of this idea is the development of an electronic instrument laboratory which would not only have everything a conventional laboratory would have but also could be accessed through the internet. In the fourth part we noted the design of the hardware while in the fifth part, we focused on the programming of the FPGA of the system. In the sixth part we analyzed the software of the Dual Synthesizer. Finally in the seventh part we depicted some measurements that validate the accuracy of the design and implementation.

La realización de esta tesis doctoral permitió confirmar la combinación exitosa de la configuración de láseres guiados y las propiedades espectroscópicas de los dobles tungstatos de potasio y tierra rara para ser usados en la fabricación de dispositivos de óptica integrada. Mediante crecimiento epitaxial en fase líquida (LPE) de capas monocristalinas de KY1-x-yGdxLuy(WO4)2 activadas con Er3+ y Tm3+ se fabricaron guías de onda planas. Usando la composición KY0.58Gd0.22Lu0.17Tm0.03(WO4)2 se demostró por primera vez un láser guiado en los regímenes continuo y pulsado (Q-switch) con emisión a 1.84 m. Combinando técnicas de fotolitografía UV, Ar-ion milling y LPE, se fabricaron guías de onda acanaladas de dos tipos: superficiales y soterradas. Mediante esta novedosa combinación, se demostró por primera vez un láser guiado de Tm3+ con emisión a 1.84 m sin la necesidad de añadir espejos a la guía acanalada soterrada. / The successful combination of the advantages of the waveguide laser geometry and the spectroscopic properties of monoclinic double tungstates was confirmed in this work by the realization of planar and channel waveguide lasers activated with Tm3+. Planar waveguides activated with Er3+ and Tm3+ were fabricated by Liquid Phase Epitaxial growth (LPE) of KY1-x-yGdxLuy(WO4)2 single crystalline layers over KY (WO4)2 substrates. CW and Q-switch laser operation at 1.84 m were, for the first time, demonstrated using the lattice matched composition KY0.58Gd0.22Lu0.17Tm0.03(WO4)2 . Surface channel waveguides were fabricated by structuring the surface of the Er3+ and Tm3+-doped planar waveguides by means of standard UV-photolithography and Ar-ion milling. Buried channel waveguides were fabricated by a novel combination of LPE of the activated layers after structuring of the surface of the KY (WO4)2 substrates by Ar-ion milling. Mirrorles waveguide laser in CW regime was demonstrated using these buried channel waveguides.

Geochemical and reactive transport modelling are essential tools in hydrogeology. They help to identify and assess geochemical processes occurring in applications such as groundwater contamination, water-rock interactions and geologic carbon sequestration. In this thesis we present methods for mixing and speciation calculations to be used for both interpretation of hydrochemical data and numerical modelling. The first method presented allows solving geochemical speciation using redundant information, while acknowledging errors in data. Traditional speciation algorithms use a fixed number of data and equilibrium assumptions to calculate the concentration of the species present in a chemical system. We demonstrate that using redundant data (i.e., data or assumptions that exceed the minimum required and therefore are not strictly necessary) can improve speciation results by reducing estimation errors. In fact, we show that speciation errors decrease when increasing the number of redundant data. The second method presented allows calculating mixing proportions of a number of end-members in a water sample from uncertain chemical data. Traditional methods for evaluating mixing ratios require the use of conservative tracers, which severely limits their applicability. The novelty of the method lies on the possibility of imposing equilibrium conditions on the mixture, while acknowledging kinetic reactions, which naturally leads to quantification of reactions. We applied the method to a freshwater-saltwater mixing problem in a set of samples collected by Sanz (2007), where we also characterized carbonate dissolution/precipitation and the production/consumption of CO2. These methods have been implemented in an Object-Oriented library called "CHEPROO++". This library can be used for hydrogeochemical calculations such as mixing waters linked to mass balance programs, which allows extending conservative transport simulators to solve reactive transport. One peculiarity of CHEPROO++ is the possibility of defining components decoupling constant activity species (CAS) such as, for example, pure equilibrium minerals or water (if the solution is sufficiently diluted). CHEPROO++ treats CAS as primary species. Decoupling CAS can be useful for speciation calculations because it allows reducing the system to be solved iteratively. To check if decoupling CAS is advantageous, we applied the speciation algorithm that decouples CAS to a reactive transport application. In particular we used this speciation algorithm for the chemical step of the Sequential Iteration Approach for reactive transport modelling. We compared the proposed algorithm with the traditional method, which does not decouple CAS, on a onedimensional domain where calcite is dissolving in equilibrium. Results show that decoupling CAS can decrease the number of iterations necessary for transport and chemistry calculations in case of equilibrium dissolution. / El transporte reactivo y la modelación geoquímica son herramientas necesarias en hidrogeología, porque ayudan a identificar y cuantificar procesos geoquímicos que ocurren en diferentes aplicaciones como contaminación de aguas subterráneas, interacción agua-roca y secuestro geológico de CO2. En estas tesis presentamos métodos para cálculos de mezcla y especiación para interpretación de datos hidrogeoquímicos y modelación numérica. El primer método que presentamos permite resolver la especiación geoquímica con información redundante, y permite definir errores en los datos. Los algoritmos tradicionales de especiación utilizan un número fijo de datos y condiciones de equilibrio para calcular las concentraciones de las especies de un sistema químico. Con este método, demostramos que el uso de datos redundantes (p.ej. datos o hipótesis que exceden el mínimo requerido, y por tanto no son estrictamente necesarios) puede mejorar los resultados de la especiación reduciendo los errores de estimación. De hecho, mostramos como los errores de especiación disminuyen aumentando el número de datos redundantes. El segundo método que presentamos permite calcular proporciones de mezcla de miembros extremo en una muestra a partir de datos químicos inciertos. Los métodos de mezcla tradicionales utilizan trazadores conservativos, y esto limita mucho sus aplicabilidad. La novedad de este método está en la posibilidad de imponer condiciones de equilibrio y considerar reacciones cinéticas, que naturalmente permiten cuantificar reacciones. Hemos aplicado el método a unas muestras representativas de mezcla entre agua dulce y agua salada tomadas por Sanz (2007), en las que también hemos caracterizado disolución/precipitación de carbonatos y producción/consumo de CO2. Estos métodos han sido implementados en una librería ("CHEPROO++") usando el paradigma de programación orientada a objetos. Este módulo se puede utilizar para cálculos hidrogeoquímicos como mezclas de agua si se acopla a programas de balance de masa, y también puede extender programas de transporte conservativo para resolver transporte reactivo. Una peculiaridad de CHEPROO++ es la posibilidad de definir componentes desacoplando las especies de actividad constante (CAS) como, por ejemplo, minerales puros en equilibrio o agua (si la solución está suficientemente diluida). CHEPROO++ considera CAS como especies primarias. El desacople de CAS puede ser útil para la especiación porque permite reducir el tamaño del sistema que se tiene que resolver iterativamente. Para comprobar que desacoplar CAS es una ventaja, hemos aplicado el algoritmo de especiación que desacopla CAS a una aplicación de transporte reactivo. En particular, lo hemos utilizado para el paso químico del Sequential Iteration Approach, uno de los algoritmos para transporte reactivo. Hemos comparado el algoritmo propuesto con el tradicional, que no desacopla CAS, en un dominio unidimensional donde la calcita está disolviendo en equilibrio. Los resultados muestran que desacoplar CAS puede ayudar a reducir el número de iteraciones necesarias para el transporte y para la química en el caso de disolución en equilibrio / El transport reactiu i la modelació geoquímica són eines necessàries en hidrogeologia, perquè ajuden a identificar i quantificar processos geoquímics que es donen en diferents aplicacions com contaminació d’aigües subterrànies, interacció aigua-roca i segrest geològic de CO2. En aquesta tesi presentem mètodes per a càlculs de mescla i especiació per interpretació de dades hidrogeoquímiques i modelació numèrica. El primer mètode que presentem permet resoldre la especiació geoquímica amb informació redundant, i permet definir errors en les dades. Els algoritmes tradicionals d’especiació utilitzen un nombre fix de dades i condicions d’equilibri per calcular les concentracions de les espècies d’un sistema químic. Amb aquest mètode, demostrem que l’ús de dades redundants (p. e. dades o hipòtesis que excedeixen el mínim requerit, i per tant no són estrictament necessàries) pot millorar els resultats de l’especiació reduint els errors d’estimació. De fet, ensenyem com els errors d’especiació disminueixen augmentant el nombre de dades redundants. El segon mètode que presentem permet calcular proporcions de mescla de membres extrem en una mostra a partir de dades químiques incertes. Els mètodes de mescla tradicionals utilitzen traçadors conservatius, i això limita molt la seva aplicabilitat. La novetat d’aquest mètode està en la possibilitat d’imposar condicions d’equilibri i considerar reaccions cinètiques, que naturalment permeten quantificar reaccions. Hem aplicat el mètode a unes mostres representatives de mescla entre aigua dolça i aigua salada preses per Sanz (2007), en què també hem caracteritzat dissolució / precipitació de carbonats i producció/consum de CO2. Aquests mètodes han estat implementats en una llibreria ("CHEPROO ++") utilitzant el paradigma de programació orientada a objectes. Aquest mòdul es pot utilitzar per càlculs hidrogeoquímics com mescles d’aigua si s’acobla a programes de balanç de massa, i també pot estendre programes de transport conservatiu per resoldre transport reactiu. Una peculiaritat de CHEPROO ++ és la possibilitat de definir components desacoblant les espècies d’activitat constant (CAS) com, per exemple, minerals purs en equilibri o aigua (si la solució és prou diluïda). CHEPROO ++ considera CAS com a espècies primàries. El desacoblament de CAS pot ser útil per a la especiació perquè permet reduir la mida del sistema que s’ha de resoldre iterativament. Per comprovar si desacoblar CAS és un avantatge, hem aplicat l’algoritme d’especiació que desacobla CAS a una aplicació de transport reactiu. En particular, l’hem utilitzat per al pas químic del Sequential Iteration Approach, un dels algoritmes per a transport reactiu. Hem comparat l’algoritme proposat amb el tradicional, que no desacobla CAS, en un domini unidimensional on la calcita està dissolent en equilibri. Els resultats mostren que desacoblar CAS pot ajudar a reduir el nombre d’iteracions necessàries per al transport i per a la química en el cas de dissolució en equilibri

La societat modera presenta una creixent demanda d'energia, una quantitat significativa de la qual s'utilitza en il·luminació. El nitrur de Ga (GaN és un semiconductor de gap ample, base dels LEDs de llum blanca, que constitueixen una alternativa atractiva a les fonts de llum convencionals. Els LEDs presenten molts avantatges, tals com una llarga vida de funcionament, una mida compacta, resistència a la vibració, operació a baix voltatge, mínim cost de manteniment i un mínim impacte ambiental. L'estalvi gràcies a la substitució de les fonts de llum convencionals per LEDs seria de fins a un 20% en electricitat. Tot i que els LEDs d'alta eficiència ja estan disponibles comercialment, la seva eficiència encara requereix millores. El GaN, en la seva forma porosa, pot millorar l'extracció de la llum i l'eficiència quàntica interna d'aquests LEDs. El principal objectiu d'aquesta tesi es centra en la fabricació d'unions p-n de GaN totalment poroses per futures aplicacions en LEDs. Partícules i capes nanoporoses de GaN han estat sintetitzades per deposició química en fase vapor (CVD) a través de la reacció directa entre Ga i NH3, utitlizant diferents elements dopants tals com Mg i Si per generar els semiconductors requerits de tipus p i tipus n. L'avantatge de la nostra tècnica és que no es necessari fer cap tractament secundari després del creixement per generar la porositat. D'aquesta manera, s'han obtingut unions p-n poroses de GaN que mostres propietats prometedores per posibles aplicacions en LEDs basats en GaN d'alta brillantor i en sensors amb sensitivitat millorada. / La sociedad moderna presenta una creciente demanda de energía, una cantidad significativa de la cual se utiliza para iluminación. El nitruro de galio (GaN) es un semiconductor de gap ancho, base de los LEDs de luz blanca, que constituyen una alternativa atractiva a las fuentes convencionales de luz. Los LEDs presentan muchas ventajas tales como una larga vida de funcionamiento, un tamaño compacto, resistencia a la vibración, operación a bajo voltaje, mínimo coste de mantenimiento y un mínimo impacto ambiental. El ahorro gracias a la sustitución de las fuentes de luz convencionales por LEDs sería de hasta un 20% en electricidad. Los LEDs de alta eficiencia ya están disponibles comercialmente. Sin embargo, todavía requiere mejoras. El GaN, en su forma porosa, puede mejorar la extracción de la luz y la eficiencia cuántica interna de estos LEDs. El objetivo principal de esta tesis se centra en la fabricación de uniones p-n de GaN totalmente porosas para futuras aplicaciones en LEDs. Partículas y capas nanoporosas de GaN han sido sintetizadas por deposición química en fase vapor (CVD) a través de la reacción directa entre Ga y NH3, usando diferentes elementos dopantes tales como Mg y Si para generar los semiconductores requeridos de tipo p y tipo n. La ventaja de nuestra técnica es que no es necesario hacer ningún tratamiento secundario después del crecimiento para generar la porosidad. De esta manera, se obtuvieron uniones p-n porosas de GaN que muestran propiedades prometedoras para las posibles aplicaciones en LEDs basados en GaN de alto brillo y en sensores con sensitividad mejorada. / Modern society is experiencing a constantly increasing demand for energy. A significative amount of the energy consumed is used for lighting purposes. Gallium nitride (GaN) is a wide band gap semiconductor with important applications in white-light LEDs, which are an attractive alternative to conventional light sources with many benefits that include long operating life, compact size, vibration resistance, low-voltage operation, minimal maintenance cost and minimal environmental impact. The savings of replacing conventional light sources by LEDs would represent a reduction of around 20% in the total electricity consumed. High-efficiency and high power LEDs are now commercially available. However, the overall efficiency requires further improvement. GaN, in its porous form, is expected to enhance the light extraction and internal quantum efficiencies of these LEDs. The main objective of this thesis is focused on fabrication of fully porous p-n junctions for future LED applications. Nanoporous GaN particles and epitaxial layers were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) through the direct reaction between Ga and NH3, using different doping elements such as Mg and Si to generate the p- and n-type required semiconductors. The advantage of our technique is that it does not require any secondary treatment after growth to generate the pores. In this way, porous GaN p-n junctions were obtained showing promising properties for potential application in high brightness GaN-based light emitting diodes and sensor devices with improved sensitivity.

Metal nanoparticles catalysts considered in this work included systems consistingessentially of a single metal component (Ag) and bimetallic system. Bimetallic systemsof miscible (Au-Cu and Au-Ag) and immiscible components (Ir-Au) have beeninvestigated. The study of these materials with chemical probes including chemisorptionand selected catalytic reaction, in conjunction with physical and chemical methods suchas electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction(TPR), UV-vis, photoelectron spectroscopy (XPS) has been performed to contribute theknowledge of their structures. The fact that surface composition can differ substantiallyfrom bulk composition was also studied. High resolution electron microscopy (HRTEM)provided independent evidence of the highly dispersed nature of the metal clusters.Concepts concerning the effect of additives on the structure and physicochemical andcatalytic properties of oxide catalysts in selective oxidation reactions were considered.This work was also carried out in an attempt to study the different oxygen species formedon silver. Of particular interest is to understand the role and nature of the elusivesubsurface O species in the function of silver as an oxidant catalyst. The effect ofadditives on acid-base and redox properties and on their bearing on catalytic performancewas discussed, with particular emphasis on alkaline metal additives such as cesium andsodium. The phenomena occurring in monophasic and supported mixed oxide containingthe additives, including modification of structure, segregation, defect formation and spilloverof the reactants was also described.The nature of the surface of the bimetallic systems was the question of interest. Will theindividual clusters be monometallic or will they contain atoms of both metals andtherefore be bimetallic? It is interesting to consider how the state of dispersion the metalcatalysts affects the relationship between chemisorption capacity or catalytic activity andcatalyst composition. The bimetallic clusters discussed thus far have been combination ofa Group VIII and a Group IB metal. In spite of the great importance in petrochemistry,skeletal hydrocarbon reactions, such as hydrogenolysis of methylcyclopentane, offers aninteresting fingerprint of the dependence of specific rate on catalyst structure. The firstreported case of a reaction with large dependence on catalyst structure was performed forneopentane on platinum. This result led Boudart to classify reactions on metals as: (i)"facile" or "structure-insensitive" reactions, for which the specific rate does not dependupon the size of the metal particle, and (ii) "demanding" or "structure sensitive"reactions, for which the specific rate is highly dependent on the metal dispersion. Therate per surface metal atom is the fundamental interest. Thus, the metal dispersion isextremely important parameter to be determined. An experimental scheme based onselective H2 chemisorption was developed to investigate the surface composition ofbimetallic system. With this capability, the activity of such a catalyst was referred to theamount of metal in the surface rather than to the metal content of the catalyst as a whole.The interaction between catalytically active metal oxide particles and oxide carriersgreatly influences their structure and size. Vanadia catalysts constitute also a relevantexample of the influence of this interaction. Accordingly, it was decided to study theeffect of the support (TiO2 and MCM-41) with the aim of understanding theinterrelations on the catalytic properties of V2O5 as a way to improve its performance forthe selective oxidation of ethanol.Finally, the catalytic role of the different basic sites in hydrotalcite interlayer wasenvisaged through the study of the styrene epoxidation in liquid phase. Hydrotalcite-likecompounds are not only interesting for their industrial applications, but are also beautifulexamples of the scientific preparation of catalysts. All the stages of the preparation of acatalyst based on hydrotalcite-like precursor need precise chemical foundations in orderto avoid inhomogeneties and/or chemical segregations, which would be detrimental tothe properties of the final compounds. Layered double hydroxides (LDHs), also knownas hydrotalcites or anionic clays, are a class of ionic lamellar compounds made ofpositive-charged hydroxide layers with charge balancing anions and water moleculessandwiched between layers. Exfoliated Mg-Al layered double hydroxide in water wasinvestigated in the styrene epoxidation. The change in the basic properties during therehydration process of the calcined samples as well the influence on catalytic activitywas studied. Hydrotalcites are very attractive for this type of oxidation reaction becausetheir ability to give Lewis type acid-base bifunctional catalysts or basic catalysts withBrönsted type sites, proceeding from the mixed oxide and the meixnerite-like structures,respectively. / En este trabajo se han sintetizado y estudiado diferentes catalizadores a base denanopartículas metálicas con diferentes tamaños y morfologías. Se han estudiado tantosistemas monometálicos como bimetálicos con componentes de diferentes miscibilidad (porejemplo sistemas Au-Cu y Au-Ag de total miscibilidad, así como Ir-Au de prácticamentetotal inmiscibilidad) con la finalidad de estudiar el cambio que producen tanto en el tamañocomo en la morfología de las nanopartículas obtenidas.Los nanomateriales obtenidos han sido estudiados mediante el empleo de diferentestécnicas de caracterización como pueden ser, fisisorción, quimisorción microscopiaelectrónica (SEM-TEM), difracción de rayos X (XRD), reducción a temperaturaprogramada (TPR), espectroscopia ultravioleta-visible (UV-vis), espectroscopiafotoelectrónica (XPS), etc., así como mediante diferentes ensayos catalíticos modelo con lafinalidad de correlacionar las propiedades físico-químicas de dichos materiales con losmétodos de síntesis de éstos.Se ha hecho especial énfasis en el estudio de las diferentes especies de oxígeno quepresentan estos nanomateriales en superficie, así como su correlación con la actividadcatalítica que presentan en diferentes reacciones de oxidación selectiva de olefinas. Por otraparte, la modificación de las propiedades ácido-base de dichos materiales y su carácterredox cuando se adiciona metales alcalinos del tipo sodio y cesio, también ha sidoexhaustivamente estudiado.La formación de sistemas bimetálicos y su homogeneidad, así como el efecto de dispersióny el cambio en sus propiedades físico-químicas que hace un metal sobre el otro, ha sidotambién objeto de estudio en este trabajo. Este hecho se ha puesto en evidencia en elestudio de reacciones de hidrogenolisis del metilciclopentano que permite una buenacomprensión de la actividad catalítica, así como de la dependencia de la estructura en laactividad catalítica previamente ya descrita por Boudart.La interacción entre las especies metálicas cataliticamente activas y los soportes empleadostambién pueden ejercer una notable influencia en la estructura y tamaño de la especieactiva, y por consiguiente en el comportamiento catalítico. En este contexto, se hanestudiado la interacción de óxido de vanadio en diferentes soportes como TiO2 y MCM-4,para comprender el comportamiento catalítico del V2O5 en otra reacción test como es la deoxidación selectiva del etanol.Finalmente, el papel del los diferentes sitios básicos de materiales tipo hidrotalcita, elestudio de la exfoliación de dichos materiales y el cambio en sus propiedades básicasdespués de diferentes protocolos de rehidratación han sido estudiados en otra reacción testcomo es la reacción de epoxidación del estireno en fase liquida.

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση ενός συστήματος που να επιτρέπει την μελέτη των τεχνικών Σύνθεσης Συχνοτήτων με βρόχο κλειδωμένης φάσης μέσω του RMCLab. Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε και σχεδιάστηκε το κατάλληλο υλικό (hardware) και λογισμικό (software) έτσι ώστε να δίνεται η δυνατότητα μελέτης του βρόχου σύνθεσης συχνότητας χωρίς κανένα ουσιαστικό περιορισμό. Ο χρήστης του συστήματος που κατασκευάστηκε σ’ αυτή τη διπλωματική εργασία μπορεί να μελετήσει βρόχους σύνθεσης συχνοτήτων που υλοποιούνται με όλες τις γνωστές μέχρι σήμερα τεχνικές (πχ: Integer N, Fractional, ΣΔ), ή ακόμη να εφαρμόσει δικές του τεχνικές ή νέες, πρόσφατες τεχνικές όπως αυτή του DIPA. Μπορεί επιπλέον να σχεδιάσει και να χρησιμοποιήσει τους δικούς του διαιρέτες συχνότητας, τον δικό του phase/frequency comparator και ακόμη να επιλέξει μέσα από μία ευρεία περιοχή στοιχείων (αντιστάσεις πυκνωτές) για την υλοποίηση του φίλτρου του συνθέτη. Εκτιμούμε ότι το αποτέλεσμα αυτής της διπλωματικής εργασίας θα συμβάλει σημαντικά στην κατανόηση του βρόχου κλειδωμένης φάσης και του συνθέτη συχνοτήτων από τους φοιτητές, και επιπλέον θα διευκολύνει σημαντικά την υλοποίηση και πειραματική επιβεβαίωση νέων διατάξεων βασισμένων σε βρόχο κλειδωμένης φάσης. / The aim of this dissertation is the development and implementation of the appropriate hardware and software for enabling the study of the PLL based frequency synthesis techniques using the facilities of the RMCLab (Remote Monitored and Controlled Lab.). The RMCLab user is now able to study deeply on the well known techniques of frequency synthesis as Integer N, Fractional or ΣΔ, since the developed system enables him to access and customize any of the synthesizer components (dividers, phase/frequency detector, filter). Additionally, the system allows the user to apply new appeared frequency synthesis techniques such as the DIPA technique, or even to develop and experiment on his own ideas regarding frequency synthesis. It is anticipated that the system developed under this dissertation will enable students to deeply understand on the theory of phase locked loop and practice on various frequency synthesis techniques.

Αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός ενός συνθέτη συχνοτήτων για MB-OFDM (Multiband Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) UWB εφαρμογές. Ο συνθέτης συχνοτήτων αποτελεί εξέχουσας σημασίας δομικό στοιχείο των RF πομποδεκτών αφού είναι υπεύθυνος για την παραγωγή του (LO oscillator) σήματος που οδηγεί τον downconverter και τον upconverter στο μονοπάτι του δέκτη και του πομπού αντίστοιχα. Μελετήθηκαν οι δομές, οι κυριότερες τοπολογίες και τα χαρακτηριστικά ενός τυπικού συνθέτη συχνοτήτων καθώς και τα κύρια εξαρτήματα που το απαρτίζουν. Αφού μελετήσαμε το βασικό και το εναλλακτικό σχέδιο συχνοτήτων όπως παρουσιάζεται από το MB-OFDM πρότυπο προτείναμε την κατάλληλη τοπολογία η οποία και διαφέρει από αυτή των τυπικών συνθετών συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται ευρέως στα ασύρματα συστήματα τηλεπικοινωνιών λόγω των υψηλών απαιτήσεων της UWΒ τεχνολογίας. Η επιλογή των εξαρτημάτων που απαρτίζουν τον συνθέτη συχνοτήτων έγινε με βάση την ελαχιστοποίηση του θορύβου φάσης και της κατανάλωσης ισχύος, της εξάλειψης ανεπιθύμητων σημάτων στην έξοδό του, τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν παρεμβολές σε άλλα τηλεπικοινωνιακά συστήματα καθώς και την επίτευξη μικρού χρόνου αποκατάστασης που απαιτεί ένας τέτοιος συνθέτης. Προτείνεται και εξομοιώθηκε λοιπόν συνθέτης συχνοτήτων με περιοχή λειτουργίας του από 3.1 έως 10.6 GHz με βήμα συχνότητας 528 MHz όπως αυτή ορίζεται από το πρότυπο 802.15.3 που αναφέρεται στην UWB τεχνολογία. Από τα αποτελέσματα της εξομοίωσης προκύπτει ότι επιτυγχάνεται χαμηλός θόρυβος φάσης, μικρός χρόνος αποκατάστασης και μικρή ισχύς των ανεπιθύμητων σημάτων, αποτελέσματα που συνάδουν με τις απαιτήσεις της UWB τεχνολογίας. Τέλος προτείνεται και υλοποιείται η πλακέτα του βρόχου κλειδωμένης φάσης ο οποίος και αποτελεί το βασικό δομικό στοιχείο του συνθέτη συχνοτήτων. / The subject of the present essay is the design of a frequency synthesizer for MB-OFDM (Multiband Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) UWB applications. The frequency synthesizer is a structural part of foremost importance at the RF transceivers, as it is responsible for the production of the signal (LO oscillator) that leads the downconverter and the upconverter at the path of the receiver and the transmitter correspondingly. Structures, principal topologies and a typical’s frequency synthesizer characteristics have been studied, as well as the main components that compose it. After having studied the current and the alternate frequency plan –as presented by MB-OFDM standard-, we proposed the proper topology, which is different from the one for the typical frequency synthesizers, that are widely used at the RF communication systems, due to UWB technology’s high specifications. The choice of the components that compose the frequency synthesizer is based on the minimization of the phase noise and the power consumption, on the reduction of spurious signals during its entrance, which can create interferences to other communicational systems, as well as on the accomplishment of a short settling time, which a synthesizer of this kind demands. So, a frequency synthesizer with a frequency range from 3.1 to 10.6 GHz, with a frequency step of 528 MHz -as it is defined from the standard 802.15.3 that is referred at UWB technology-, has been proposed and simulated. From the results of the simulation, it emerges that a low phase noise is accomplished, a short settling time and a low power of spurious signals, results that add up to UWB technology’s specifications. Finally, the PCB (printed circuit board) of the phase locked loop - which consists the basic structural part of the frequency synthesizer - has been proposed and implemented.

Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετάται η αρχιτεκτονική και τα χαρακτηριστικά ενός νέου συνθέτη συχνοτήτων (Frequency Synthesizer) που βασίζεται στην τεχνική του βρόχου κλειδωμένης φάσης (Phase-Locked Loop). Η νέα αρχιτεκτονική ξεπερνά την δυσκολία του απλού συνθέτη συχνοτήτων να έχει ταυτόχρονα μικρό βήμα συχνότητας και μικρό χρόνο κλειδώματος, ενώ ταυτόχρονα διατηρεί και επαυξάνει την δυνατότητα των απλών συνθετών να απορρίπτουν τον θόρυβο φάσης, δίνοντας έτσι πολύ καλή ποιότητα σήματος εξόδου. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν τον νέο συνθέτη πολύ ανταγωνιστικό. / This Diploma Thesis studies the architecture and the characteristics of a new Frequency Synthesizer which based on the Phase-Locked Loop technique. This new architecture overcomes the difficulty of the simple frequency synthesizer to have simultaneously small frequency step and small locking time, while maintains and enhances the possibility to reject phase noise. This concludes to the high quality of the output signal. The above characteristics make the new synthesizer very competitive.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και υλοποίηση συνθέτη συχνοτήτων διπλού βρόχου σε συχνότητες 3-6 GHz για ασύρματες εφαρμογές UWB και HiperLAN2. Ο συνθέτης συχνοτήτων σχεδιάστηκε με διακριτά στοιχεία, χρησιμοποιώντας την αρχιτεκτονική του βρόχου κλειδωμένης φάσης (PLL) και λειτουργεί με 2 τρόπους, είτε παράγοντας σήματα συχνότητας από 3168 MHz έως 6336 MHz με βήμα συχνότητας 528 MHz, είτε παράγοντας σήματα συχνότητας από 4800 MHz έως 5000 MHz με βήμα συχνότητας 10 MHz. Παρά το γεγονός ότι η αρχιτεκτονική διπλού βρόχου έχει αντικατασταθεί από την αρχιτεκτονική fractional-N για λόγους κατανάλωσης και κόστους, πλεονεκτεί σε εφαρμογές ασύρματων δικτύων με αυστηρές απαιτήσεις ως προς την ακρίβεια της παραγόμενης συχνότητας και το θόρυβο φάσης. Η απλή αρχιτεκτονική integer-N δεν είναι επαρκής για την εκπλήρωση των απαιτήσεων σε μεγάλη ευκρίνεια και μικρό θόρυβο φάσης, λόγω του περιορισμένου εύρους ζώνης του βρόχου και του μεγάλου λόγου διαίρεσης Ν του διαιρέτη συχνοτήτων του βρόχου. Με την αρχιτεκτονική διπλού βρόχου χρησιμοποιούμε δυο βρόχους για να αμβλύνουμε την αντίθεση μεταξύ των παραπάνω παραγόντων, οι οποίοι καθορίζουν τη συμπεριφορά και την απόδοση του συνθέτη συχνοτήτων. Με τη χρήση διακριτών στοιχείων για την υλοποίηση των δυο βρόχων αποσκοπούμε σε καλύτερη συμπεριφορά του συστήματος ως προς το θόρυβο φάσης, καθώς και σε πιο ευέλικτο σχεδιασμό, που δίνει τη δυνατότητα μείωσης της ισχύος των ανεπιθύμητων συνιστωσών του σήματος αναφοράς στην έξοδο του συστήματος. / The purpose of this diploma thesis is the design and implementation of a dual loop frequency synthesizer, operating at frequencies ranging from 3 to 6 GHz, for wireless network applications, using UWB and HiperLAN2 standards. The frequency synthesizer’s design was based on dual loop synthesizer architecture and the use of modular components. The designed frequency synthesizer is able to function in 2 modes, by either producing signals in the frequency range of 3168 MHz - 6336 MHz with 528 MHz resolution, or signals in the frequency range of 4800 MHz - 5000 MHz with 10 MHz resolution. Although the dual loop architecture has long been replaced by the fractional-N architecture due to increased cost and power consumption, it is more suitable in wireless network applications demanding high precision in frequency synthesis and low phase noise. The integer-N architecture fails to satisfy these demands, due to the limited loop bandwidth and the large division ratio Ν of the loop’s frequency divider. The dual loop architecture uses two loops in order to alleviate the opposing demands in high frequency synthesis accuracy and low phase noise, which determine the behavior and performance of the frequency synthesizer. The use of modular components aims at better phase noise performance, as well as a more flexible design, thus resulting in a more efficient power dissipation of the spurious components of the reference signal at the synthesizer output.