Thesis (Ph. D.)--Rutgers University, 2010. / "Graduate Program in Electrical and Computer Engineering." Includes bibliographical references (p. 183-189).

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1996. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [70]-74).

Diagnosis of ageing mechanisms in supercapacitors is made difficult by the enforcement of various ageing factors in the current ageing tests. The thesis presents the exact determination of the ageing mechanism by separating the impacts of high temperature, current cycling and constant voltage applications in accelerated ageing tests. The state of health (SOH) of the supercapacitors are monitored periodically with electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry and constant current test to observe the evolution of ageing. The thesis identifies patterns of ageing from the changes at supercapacitor impedance. The thesis also presents the cause of the increase in ESR and the loss of capacitance in supercapacitors. High temperature application causes the appearance of high frequency semicircle which reflects the damage at the electrode-current collector interface. A tilt of the impedance line at low frequencies reflects modifications of electrodes and it is most sensitive to current cycling and constant voltage applications. The increase in ESR is observed to be caused by a single ageing mechanism while the capacitance loss is caused by multiple interactions of these ageing mechanisms at the same time. The thesis develops a supercapacitor model by means of electrical equivalent circuit. The model is divided into two parts based on the changes in its SOH: the baseline model represents the early stage of the supercapacitor life and the ageing model represents the phase of ageing. The models show dynamic interactions between ageing process and supercapacitor electrical performance. The supercapacitor model, in the form of fractional-order model, reduces the number of circuit components and shows excellent electrical behaviour particularly at the open circuit voltage decay and voltage recovery period. The parameterisation of model parameters shows that aged supercapacitors experience an increase of distributed resistance in the electrode pores and an increase of diffusion impedance at high temperature.

Cette thèse traite certains aspects liés à deux scenarios dans lesquels des techniques MIMO peuvent être implémentées : - Nous nous intéressons d'abord à la voie descendante d'une cellule isolée où une station de base (SB) dotée de plusieurs antennes sert des utilisateurs mono-antenne. Dans un tel système, la connaissance du canal au niveau de l'émetteur joue un rôle particulièrement important. Vus cette importance et le fait que l'acquisition de cette connaissance nécessite l'usage de ressources en voie ascendante, nous contribuons deux idées pour bénéficier au mieux de la ressource dédiée au feedback : la première consiste en une procédure de transmission en deux étapes, la deuxième est une stratégie décentralisée dans laquelle chaque utilisateur varie le nombre de bits utilisés pour quantifier le canal en maintenant un débit moyen. - Ensuite, des scenarios multicellulaires sont considérés où des techniques MIMO peuvent améliorer la performance quand la totalité du spectre est réutilisée dans chaque cellule. Ainsi l'incorporation de plusieurs antennes au niveau d'une SB permet d'atténuer l'interférence causée au niveau des cellules voisines. Une stratégie de précodage est proposée qui nécessite une connaissance locale du canal seulement qui dans de nombreux cas a une performance analogue à celles de stratégies centralisées ou itératives. Les techniques MIMO peuvent également être étendues au traitement conjoint des signaux (multicell processing). Nous commençons à examiner le traitement des limitations liées aux coûts en termes de backhaul pour le partage des données à envoyer et de l'information sur le canal.

Cette thèse porte sur l'établissement des expressions analytiques des performances des schémas Hybrid ARQ dans un contexte d'optimisation inter-couches. Le mécanisme Hybrid ARQ permet de tirer profit des propriétés de l'ARQ et des propriétés d'un FEC, selon la valeur du SNR. Par conséquent, la quantité de redondance transmise est automatiquement adaptée à la qualité du canal, en se basant sur l'acquittement de la transmission précédente. Sachant qu'aujourd'hui, tous les systèmes opèrent (ou sont sur le point d'opérer) sous le protocole IP, il est intéressant d'étudier leurs performances au niveau de la couche IP. Les métriques considérées sont le taux d'erreur paquet, l'efficacité, le délai et la gigue. Ces métriques sont utiles puisque les besoins en QoS dépendent d'une combinaison de celles-ci. Cependant, dans la littérature, les performances des schémas HARQ sont surtout analysées au niveau MAC. De plus, elles sont souvent évaluées au moyen de simulations. L'objectif est donc ici d'établir les expressions analytiques des quatre métriques de performances pour tout type de mé- canisme HARQ, aux niveaux MAC et IP, en prenant en compte des solutions existantes d'optimisation entre les couches MAC et IP. Il est ensuite prouvé que ces dérivations sont utiles pour construire des algorithmes dédiés à la gestion des ressources radio aussi bien qu'à la protection inégale des données.

Ce travail porte sur la réalisation d'un système d'analyse chimique constitué d'un réseau de micro-chambres abritant des microcapteurs de pH de type transistors à effet de champ à grille suspendue très sensibles aux charges contenues dans l'espace sous le pont-grille. Les transistors à grille suspendue ont été fabriqués en utilisant les procédés de la microtechnologie de surface. Une couche d'isolation finale a été choisie afin de permettre l'utilisation de ces transistors en solution comme capteurs de pH. L'intégration des canaux microfluidiques réalisés en Polydiméthylsiloxane (PDMS) sur les transistors à grille suspendue ont permis d'effectuer une série de mesures de pH, soit en statique, soit en flux continu et de travailler sur les conditions optimales de rinçage des capteurs. L'effet de la hauteur de gap sous le pont de grille sur la sensibilité au pH est présenté. Par ailleurs, de premières mesures dans le domaine fréquentiel ont pu être faites sur des transistors sans et avec les microcanaux en PDMS. Ceci nous a permis d'observer un comportement fréquentiel particulier et dépendant de l'ambiance autour des transistors, et en particulier du pH, ce qui permet de développer une nouvelle méthode de mesure du pH.

In this work, a versatile electrochemical biosensing platform was developed based on graphene/zinc oxide (G/ZnO) nanocomposite. For the synthesis of G/ZnO nanocomposite, two facile and green approaches were employed to eradicate the issues associated with conventional methods, which use harsh chemicals and high temperature. The G/ZnO nanocomposite synthesised via low temperature hydrothermal growth method exhibited approximate 58 times improvement in terms of sensitivity as compared to the G/ZnO nanocomposite synthesised via the mechanical stirring method. Therefore, the G/ZnO nanocomposite with higher sensitivity was employed for the following work. Results from cyclic voltammetry and amperometry showed that the G/ZnO-modified electrode displayed a wide linear range up to 15 mM for the detection of H2O2 and sensitivity improvements of 200% in comparison to the control sample. Subsequently, an electrochemical genosensor based on G/ZnO nanocomposite was fabricated for the detection of Avian Influenza H5N1 virus. The G/ZnO-based genosensor displayed its potential in replacing the conventional detection method, with result showing higher sensitivity and efficiency. The G/ZnO-based genosensor was further applied for the detection of Coconut Cadang-Cadang Viroid disease (CCCVd) single stranded RNA (ssRNA). Promising results were obtained with high specificity in discriminating the target from mismatched ssRNA sequences.

Une des techniques pour obtenir des images de structures hétérogènes ou d'objets enfouis dans un milieu (sol, murs, ...) repose sur la mesure du champ électromagnétique diffracté par les inhomo-généités lorsqu'elles sont soumises à une illumination incidente. Cela nécessite la mise en oeuvre d'un système d'acquisition microonde doté d'un réseau de capteurs linéaire ou plan. Ses critères de conception sont dictés par les algorithmes d'imagerie qui nécessitent le plus souvent des données multifréquences acquises sur une large fenêtre d'observation. Ce travail de thèse repose sur la caractérisation, le calibrage et la validation expérimentale d'un prototype d'imageur multistatique ultra large bande. Un descriptif des systèmes actuels d'imagerie microonde a permis tout d'abord de valider les critères retenus pour le cahier des charges initial et de décrire les considérations associées à un problème de détection subsurface. Le Système d'Imagerie Microonde à Impulsions Synthétiques (SIMIS), dévelopé au LEAT, est caractérisé par ses performances théoriques, et une attention particulière a porté sur l'optimisation de la dynamique de détection. Afin de corriger les erreurs systématiques, le calibrage du radar est accompli sur chaque module successivement, puis, plusieurs études portant sur les erreurs de dérive et les erreurs aléatoires sont proposées. Le système est ensuite utilisé en chambre anéchoïque pour la détection de cibles canoniques (un cylindre métallique et un parallélépipède diélectrique) dans une configuration 2D-TM. La détection des deux objets est confirmée par l'observation d'hyperboles de diffraction sur des images apparentées B-scan. Une modification du système est effectuée et validée afin de réduire le couplage inter-antennes au sein du réseau de transducteurs. Cela permet, le cas échéant, de détecter les cibles à partir de la seule mesure du champ total. Les premiers résultats en imagerie qualitative sont obtenus par la technique du miroir à retournement temporel. Dans le domaine fréquentiel, l'utilisation de la méthode DORT (Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel) a permis également de détecter les cibles lorsque la longueur d'onde est comparable à leur dimension transverse.

Les techniques de décodage itératif pour les codes modernes dominent actuellement le choix pour la correction des erreurs dans un grand nombre d'applications. Les Turbo codes, présentés en 1993, ont déclenché une révolution dans le domaine du codage de canal parce que ils permettent de s'approcher de la limite de Shannon. Ensuite, les codes LDPC (low-density parity-check) ont été redécouverts. Ces codes sont actuellement omniprésents dans le contexte des communications mobiles sans fil, mais aussi dans d'autres domaines d'application. Dans cette thèse, l'accent est mis sur la conception de décodeurs VLSI à basse consommation destinés aux communications sans fil. Les dispositifs nomades sont généralement alimentés par des batteries et ils ont besoin d'une bonne efficacité énergétique et d'une haute performance, le tout dans une surface de silicium minimale. En outre, les décodeurs de canal sont généralement responsables d'une part importante de la consommation d'énergie dans la chaîne de traitement en bande de base d'un récepteur sans fil. Nous nous concentrons sur les décodeurs LDPC. Au niveau algorithmique nous étudions les compromis entre la performance, l'efficacité énergétique et la surface de silicium pour les différents algorithmes de décodage. Au niveau de l'architecture nous étudions le point essentiel des mémoires. Ce point est particulièrement important pour la consommation et la surface finale du décodeur. Enfin, au niveau du système, nous proposons des stratégies pour la gestion dynamique de la puissance pour les décodeurs Turbo et LDPC. Ces stratégies sont basées sur la prédiction et le contrôle dynamique du nombre d'itérations de décodage.

De nos jours, les systèmes de communications supportent un nombre croissant de normes radios dont les exigences en termes de bande et de vitesse sont diverses. Ceci rend la conception d'un convertisseur analogique numérique (CAN) unique convenant à toutes ces normes, une tache très problématique. La reconfigurabilité est une solution à ce problème, où la résolution serait échangée contre la bande passante. Les CANs Sigma Delta offrent un moyen facile d'effectuer cet échange en ajustant leur rapport de sur-échantillonnage. Cependant, ils ne sont adaptés pour les applications larges bandes. La parallélisation des CANs Sigma Delta surmonte ce problème et en plus augmente la reconfigurabilité du CAN. Dans ce travail, la conception d'un CAN Sigma Delta reconfigurable et parallèle est présentée. Sa reconfigurabilité permet de faire des échanges entre bande de conversion et résolution ainsi qu'entre consommation de puissance et bande de conversion. Ceci est possible grâce à un contrôle sur le nombre actifs de canaux, sur le rapport de sur-échantillonnage, sur la fréquence d'opération et sur l'ordre des modulateurs. Une nouvelle technique d'interpolation est également proposée. Elle permet de réduire les tailles des capacités et les contraintes sur le filtre anti-repliement. Un prototype du CAN a été fabriquée dans une technologie CMOS 65 nm. Il a été conçu pour satisfaire les exigences des normes GSM, UMTS, EDGE, DVB-T, WiFi et WiMax. Pour le scénario GSM/EDGE, le CAN a une résolution de 13 bits pour une consommation de 1.74 mW. Pour le reste des scénarios, les performances visées ne sont pas atteintes cependant la fonctionnalité a été testée avec succès.