Increasing memory capacity in mobile devices, is driving the need of high-data rates equipment. The 7 GHz band around 60 GHz provides the opportunity for multi-gigabit/sec wireless communication. It is a real opportunity for developing next generation of High-Definition (HD) devices. In the last two decades there was a great proliferation of Voltage Controlled Oscillator (VCO) and Frequency Divider (FD) topologies in RF ICs on silicon, but reaching high performance VCOs and FDs operating at 60 GHz is in today's technology a great challenge. A key reason is the inaccuracy of CMOS active and passive device models at mm-W. Three critical issues still constitute research objectives at 60 GHz in CMOS: generation of the Local Oscillator (LO) signal (1), division of the LO signal for the Phase-Locked Loop (PLL) closed loop (2) and distribution of the LO signal (3). In this Thesis, all those three critical issues are addressed and experimentally faced-up: a divide-by-2 FD for a PLL of a direct-conversion transceiver operating at mm-W frequencies in 65 nm RF CMOS technology has been designed. Critical issues such as Process, Voltage and Temperature (PVT) variations, Electromagnetic (EM) simulations and power consumption are addressed to select and design a FD with high frequency dividing range. A 60 GHz VCO is co-designed and integrated in the same die, in order to provide the FD with mm-W input signal. VCOs and FDs play critical roles in the PLL. Both of them constitute the PLL core components and they would need co-design, having a big impact in the overall performance especially because they work at the highest frequency in the PLL. Injection Locking FD (ILFD) has been chosen as the optimum FD topology to be inserted in the control loop of mm-W PLL for direct-conversion transceiver, due to the high speed requirements and the power consumption constraint. The drawback of such topology is the limited bandwidth, resulting in narrow Locking Range (LR) for WirelessHDTM applications considering the impact of PVT variations. A simulation methodology is presented in order to analyze the ILFD locking state, proposing a first divide-by-2 ILFD design with continuous tuning. In order to design a wide LR, low power consumption ILFD, the impacts of various alternatives of low/high Q tank and injection scheme are deeply analysed, since the ILFD locking range depends on the Q of the tank and injection efficiency. The proposed 3-bit dual-mixing 60 GHz divide-by-2 LC-ILFD is designed with an accumulation of switching varactors binary scaled to compensate PVT variations. It is integrated in the same die with a 4-bit 60 GHz LC-VCO. The overall circuit is designed to allow measurements of the singles blocks stand-alone and working together. The co-layout is carried on with the EM modelling process of passives devices, parasitics and transmission lines extracted from the layout. The inductors models provided by the foundry are qualified up to 40 GHz, therefore the EM analysis is a must for post-layout simulation. The PVT variations have been simulated before manufacturing and, based on the results achieved, a PLL scheme PVT robust, considering frequency calibration, has been patented. The test chip has been measured in the CEA-Leti (Grenoble) during a stay of one week. The operation principle and the optimization trade-offs among power consumption, and locking ranges of the final selected ILFD topology have been demonstrated. Even if the experimental results are not completely in agreement with the simulations, due to modelling error and inaccuracy, the proposed technique has been validated with post-measurement simulations. As demonstrated, the locking range of a low-power, discrete tuned divide-by-2 ILFD can be enhanced by increasing the injection efficiency, without the drawbacks of higher power consumption and chip area. A 4-bits wide tuning range LC-VCO for mm-W applications has been co-designed using the selected 65 nm CMOS process.

Nowadays, the great diffusion of advanced devices, such as smart-phones, has shown that there is a growing trend to rely on new technologies to generate and/or support progress; the society is clearly ready to trust on next-generation communication systems to face today’s concerns on economic and social fields. The reason for this sociological change is represented by the fact that the technologies have been open to all users, even if the latter do not necessarily have a specific knowledge in this field, and therefore the introduction of new user-friendly applications has now appeared as a business opportunity and a key factor to increase the general cohesion among all citizens. Within the actors of this technological evolution, wireless machine-to-machine (M2M) networks are becoming of great importance. These wireless networks are made up of interconnected low-power devices that are able to provide a great variety of services with little or even no user intervention. Examples of these services can be fleet management, fire detection, utilities consumption (water and energy distribution, etc.) or patients monitoring. However, since any arising technology goes together with its security threats, which have to be faced, further studies are necessary to secure wireless M2M technology. In this context, main threats are those related to attacks to the services availability and to the privacy of both the subscribers’ and the services providers’ data. Taking into account the often limited resources of the M2M devices at the hardware level, ensuring the availability and privacy requirements in the range of M2M applications while minimizing the waste of valuable resources is even more challenging. Based on the above facts, this Ph. D. thesis is aimed at providing efficient security solutions for wireless M2M networks that effectively reduce energy consumption of the network while not affecting the overall security services of the system. With this goal, we first propose a coherent taxonomy of M2M network that allows us to identify which security topics deserve special attention and which entities or specific services are particularly threatened. Second, we define an efficient, secure-data aggregation scheme that is able to increase the network lifetime by optimizing the energy consumption of the devices. Third, we propose a novel physical authenticator or frame checker that minimizes the communication costs in wireless channels and that successfully faces exhaustion attacks. Fourth, we study specific aspects of typical key management schemes to provide a novel protocol which ensures the distribution of secret keys for all the cryptographic methods used in this system. Fifth, we describe the collaboration with the WAVE2M community in order to define a proper frame format actually able to support the necessary security services, including the ones that we have already proposed; WAVE2M was funded to promote the global use of an emerging wireless communication technology for ultra-low and long-range services. And finally sixth, we provide with an accurate analysis of privacy solutions that actually fit M2M-networks services’ requirements. All the analyses along this thesis are corroborated by simulations that confirm significant improvements in terms of efficiency while supporting the necessary security requirements for M2M networks.

Offshore wind is an emerging energy sector with a huge potential to be tapped in the near future. Offshore Wind Power Plants (OWPPs) are becoming increasingly relevant in Europe and worldwide mainly because the wind speeds are potentially higher and smoother than their onshore counterpart, which leads to higher wind power generation. Moreover, OWPPs have less space limitations constraints, so that it allows the possibility of using larger wind turbines. Nowadays, environmental and social aspects are forcing OWPPs to be constructed further from shore, (which usually leads to deeper waters) and the trend is expected to continue in the coming years. Several studies have demonstrated that if the distance between an OWPP and its grid connection point at the Point of Common Coupling (PCC) exceeds a certain critical distance (approximately 55-70 km), HVDC transmission becomes a more interesting solution than HVAC, since reduce cable energy losses and decrease reactive power requirements. This trend towards larger OWPPs located further away from shore is posing some technical, economic and political challenges that must be overcome to be fully competitive in the longer term compared to other energy sources. Today, there is an important concern about reducing the current Levelised Cost Of Energy (LCOE) of offshore wind projects by improving system reliability and availability, reducing O&M costs and/or increasing energy generation. This thesis aims to propose novel electrical WPP concepts more cost-effective than the existing ones and to comprehensive analyse their technical and economic feasibility. Specific challenges related to the design, optimisation, modelling, operation and control of these new concepts will be addressed in the study. All the concepts presented throughout this thesis, are focused on the collector grid of an OWPP, which encompasses all the necessary equipment to collect the power generated by the wind turbines and to export it to the offshore transmission HVDC platform. The first novel WPP concept assessed can be applied to either an onshore or offshore WPP with a MVAC collection grid connected to the grid through either an HVAC or HVDC transmission link, whilst the rest of the OWPP configurations analysed are motivated by the presence of HVDC technology and its ability to electrically decouple the OWPP from the onshore power system. Thus, the first wind power plant concept evaluated consists in properly derating some specific wind turbines in order to reduce the wake effect within the collection grid and, therefore, to maximise the energy yield by the whole wind power plant during its lifetime of the installation. The following three OWPP concepts analysed arise thanks to the opportunity provided by HVDC technology to operate the collection grid at variable frequency. Thus, the second proposed OWPP concept investigated is based on removing the individual power converter of each wind turbine and connecting a synchronous generator-based OWPP (or a wind turbine cluster) to a single large power converter which operates at variable frequency. Likewise, the third OWPP configuration assessed deals with the optimisation of this aforementioned concept and with the proposal of an hybrid MVAC/MVDC OWPP concept for the offshore collection grid. Regarding the fourth OWPP design, it consists of a DFIG-based OWPP with reduced power converters (approximately 5% of rated slip) connected to a single HVDC substation. This proposal is analysed both static and dynamically by means of simulations. Finally, the last novel OWPP concept presented in this thesis deals with the analysis of an entire offshore wind power plant in DC, with the aim of reducing the losses both in the inter-array and the export cable(s). In general terms, all the novel OWPP concepts analysed suggest a good potential to be applied to future offshore wind power plants by reducing in all the cases the LCOE in comparison with the existing OWPPs. / La energía eólica marina es un sector emergente que se encuentra en plena expansión. Múltiples circunstancias tales como que cada vez sea más difícil encontrar lugares propicios en tierra (principalmente en Europa) para la instalación de parques eólicos, que a medida que el parque se aleja de la costa el impacto visual y auditivo es menor y que en el mar el viento sopla con más intensidad y de una manera más constante que en tierra, lo cual posibilita obtener una mayor generación de energía eólica, han provocado que cada vez existan más parques eólicos marinos. Hoy en día, factores medioambientales y sociales están obligando a construir los parques eólicos marinos cada vez más alejados de la costa y se espera que esta tendencia continúe en los próximos años. Varios estudios han demostrado que a partir de una cierta distancia crítica entre el parque eólico y su punto de conexión a tierra (aproximadamente 55-70 km), la transmisión mediante alta tensión en corriente continua (ATCC) resulta una opción más interesante que a través de una transmisión en alta tensión de corriente alterna (ATCA), ya que las pérdidas en los cables se ven reducidas, así como los requerimientos de potencia reactiva. Esta tendencia hacia construir parques eólicos marinos cada vez mayores y a ubicarlos más alejados de la costa, supone el tener que resolver ciertos retos técnicos, económicos y políticos a fin de poder ser más competitivos en el futuro en comparación con otras fuentes de generación de energía. Hoy en día existe una importante preocupación por tratar de reducir el elevado coste actual de la energía para los proyectos de eólica marina a base de mejorar la fiabilidad y disponibilidad del sistema, reducir costes de operación y mantenimiento y/o incrementar la generación de energía. Esta tesis tiene como objetivo proponer conceptos eléctricos novedosos, aplicados a parques eólicos marinos, que resulten más rentables que los existentes actualmente. Asimismo, esta tesis pretende analizar de una manera exhaustiva la factibilidad, tanto técnica como económica, de dichos conceptos. Asuntos tales como el diseño, la optimización, el modelaje, la operación y el control son presentes en la tesis. El alcance del trabajo se focaliza en la zona colectora de un parque eólico y, por lo tanto, no se analiza, el sistema de transmisión ni su integración a la red. Dicha zona comprende todo el equipamiento necesario para recolectar la potencia generada por los aerogeneradores y transmitirla a la plataforma marina de ATCC. El primer concepto innovador de parque eólico evaluado puede ser aplicado tanto en parques situados en tierra como en el mar, que tengan una red colectora interna de corriente alterna en media tensión (MTCA) y un sistema de transmisión tanto ATCC o ATCA. Respecto al resto de configuraciones presentadas, estas vienen motivadas por la presencia de la tecnología ATCC y su capacidad para desacoplar eléctricamente la red interna del parque eólico del sistema eléctrico de potencia situado en tierra. Así pues, la primera propuesta de parque eólico a analizar consiste en operar algunas máquinas concretas por debajo de su punto óptimo de operación a fin de poder reducir el efecto estela dentro del parque y poder así maximizar la potencia total extraída por el mismo. Las tres siguientes configuraciones de parque analizadas se fundamentan en la posibilidad que ofrece la tecnología ATCC de poder operar la red interna del parque eólico a una frecuencia variable. En base a este nuevo concepto, la segunda propuesta de parque investigada consiste en prescindir de los convertidores individuales de cada turbina y conectar todos los generadores síncronos del parque eólico (o un simple grupo de máquinas) directamente al convertidor central, el cual opera a frecuencia variable. El tercer diseño de parque eólico se basa en una topología híbrida dentro del parque combinado MTCA y MTCC. Esta configuración surge de optimizar la propuesta anterior de parque eólico. Asimismo, la cuarta propuesta a analizar estudia la posibilidad de tener un parque consistente en generadores de inducción doblemente alimentados conectados a un convertidor común de tensión controlada situado en la plataforma marina, en el cual los convertidores de cada máquina sean de un tamaño menor a lo habitual (aproximadamente a un deslizamiento nominal de un 5%). Este sistema es analizado en detalle tanto estática como dinámicamente. Finalmente, el último concepto que se presenta en esta tesis analiza la posibilidad de considerar un parque eólico marino completamente (transmisión y red interna del parque) constituido mediante tecnología en CC, con el fin de poder reducir las pérdidas tanto en la red interna del parque como en el cable de exportación. En términos generales se puede concluir que todos los conceptos propuestos a lo largo de esta tesis sugieren un gran potencial para poder ser aplicados en futuros parques eólicos marinos, ya que su coste de energía se ve reducido en comparación con los parques eólicos existentes hoy en día.

Offshore wind is emerging as one of the future energy vectors. Offshore wind power plants locations provide more strong and constant wind speed that allows to extract more power compared to onshore locations. In addition, as wind turbine components transportation is less restricted to terrestrial infrastructure, bigger and more powerful wind turbines can be installed offshore. In Europe, 1,567 MW of offshore wind power was installed in 2013. It represents the 14\% of the total wind power installed in Europe. Offshore wind power plants near the shore can be connected to the main grid by means of conventional AC technology. However, if these wind farms are installed further than 80-100 km, the use of AC equipment is economically infeasible due to reactive power issues. In these applications, HVDC system based on static converters can be used. The projects build and commissioned nowadays are based on point-to-point connections, where, each wind farm or wind farm clusters are connected to the terrestrial grid individually. Consequently, these lines might be understood as an extension of the AC system. If different offshore wind farms are interconnected between them and connected at the same time to different AC systems, for example, different countries, the DC grid is created. This scenario creates one of the most important challenges in the electrical power system since its creation, more than 100 years ago. The most relevant challenges to be addressed are the stability and operation of the DC grid and the integration and interaction with the AC grid. This thesis addresses various aspects related to the future Multiterminal-HVDC systems for transmission of offshore wind power. First, the voltage control and the system operations are discussed and verified by means of emulations using an HVDC scaled experimental platform built for this purpose. Voltage stability might be endangered during contingencies due to the different inertia time constant of the AC and the DC system. DC systems only have the inertia of the capacitors compared to synchronous machines rotating masses of the AC systems. Therefore, in faulty conditions the power transmitted through the DC system must be reduced quickly and efficiently. For this reason, in this thesis a coordinated power reduction algorithm taking advantage of Dynamic Braking Resistors (DBR) connected to onshore converter stations and the ability of the power plants to reduce the generated power is presented. From the AC and DC grids integration point of view, the connection point between the offshore grid and the AC grid might be located remotely leading to a connection with a reduced Short Circuit Ratio (SCR). In the literature, several issues regarding the connection of transistor-based power converters to weak AC grid have been reported. In this thesis am advanced control for Voltage Source Converters connected to weak grids is presented and tested by means of simulations. From the AC and DC grids interactions, the voltage stability is not enough to operate a DC grid. Transport System Operators (TSO) operates the power flow through the cables and the power exchanged between by the power converters. In this thesis, a novel hierarchical power flow control method is presented. The aim of the proposed power flow control is to obtain the desired power flows changing the voltage control set-points while the system stability is ensured. Finally, a control procedure for offshore wind farms based on Squirrel Cage Induction Generators connected to a single power converter is introduced. / L'energia eòlica marina emergeix com un dels vectors energètics del futur. Les localitzacions eòliques marines proporcionen vens més forts i constants que les terrestres, cosa que permet extreure més potència. A més a més, els aerogeneradors marins poden ser més grans i més potents ja que es redueixen les limitacions de gàlib existent en les infraestructures terrestres. A tall d'exemple, l'any 2013 a Europa es van instal.lar 1.567 MW de potència eòlica marina, cosa que representa un 14\% de la potència eòlica instal.lada a Europa. Els parcs eòlics marins poden ser connectats a la xarxa elèctrica terrestre utilitzant emparamenta convencional de corrent alterna, però quan la distancia amb la costa excedeix els 80-100 km l'ús d'aquesta tecnologia es torna econòmicament inviable degut a l'energia reactiva generada en els conductors. Per solucionar aquest problema, s'emparen els sistemes en corrent continua basats en convertidors estàtics. Els projectes construïts o projectats a dia d'avui es basen en esquemes de connexió punt-a-punt, on, cada parc eòlic o agrupació de parcs eòlics es troba connectat a la xara terrestre individualment. En conseqüència, l'operació d'aquestes línies es pot considerar com una extensió de la xarxa d'alterna. Però, si s'interconnecten diferents parc eòlics amb diferents xarxes terrestres d'alterna (per exemple, diferents països) en corrent continua, s'obtenen xarxes en corrent continua. Aquest nou escenari crea un dels majors reptes des de la creació dels sistema elèctric de potencia, ara fa més de 100 anys. Entre aquests reptes hi ha l'estabilitat i l'operació dels sistemes en corrent contínua i la seva integració i coexistència amb les xarxes en corrent alterna. En la present tesis s'han estudiat diferents aspectes dels futurs sistemes multi terminal en alta tensió en corrent contínua (HVDC, en anglès) per la transmissió de potencia generada mitjançant parcs eòlics marins. Primerament, es descriu el control de tensió i els modes d'operació dels sistemes multi terminal i es verifiquen en una plataforma experimental construïda per aquest propòsit. L'estabilitat de tensió dels sistemes en corrent continua, es pot veure afectada durant una falta a la xarxa d'alterna degut a la reduïda inèrcia dels sistemes multi terminal, només formada pels condensadors dels convertidors i els cables. Així la potència que no pot injectar a la xarxa ha de ser reduïda de forma ràpida i eficient. Per això, en aquesta tesis es presenta un sistema coordinat de reducció de potència que utilitza la resistència de frenat dels convertidors de connexió a la xarxa i els mètodes de reducció de potència dels parcs eòlics. Des del punt de vista de la integració de les xarxes en continua i en alterna, el punt d'interconnexió pot estar localitzat llunys dels grans centres de generació, la qual cosa implica tenir una potència de curtcircuit molt reduïda. En la bibliografia científica s'han descrit diverses problemàtiques a l'hora de connectar un convertidor de commutació forçada a les xarxes dèbils. Per tal de pal.liar aquests inconvenients, en aquesta tesis es presenta un algorisme avançat de connexió de convertidors a xarxes dèbils basat en control vectorial. Des del punt de vista de les interaccions i interoperabilitat dels sistemes en corrent alterna i continua, no n'hi ha suficient en garantir l'estabilitat, ja que el propòsit finals dels operadors de xarxa és fer fluir una potencia a traves de la xarxa per tal de satisfer la demanda. Per aquest propòsit en aquesta tesis es presenta un control jeràrquic de control del flux de potència que fixa el flux de potència a traves d'una xarxa multi terminal canviant les consignes del control primari, tot assegurant l'estabilitat del sistema. Per tancar la tesis, es presenta un nou controlador per parcs eòlics basats en aerogeneradors de gàbia d'esquirol controlats per un sol convertidor.

Cognitive Radio (CR) paradigm represents an innovative solution to mitigate the spectrum scarcity problem by enabling Dynamic Spectrum Access (DSA), defined in order to conciliate the existing conflicts between the ever-increasing spectrum demand growth and the currently inefficient spectrum utilization. The basic idea of DSA is to provide proper solutions that allow sharing radio spectrum among several radio communication systems with sake of optimizing the overall spectrum utilization. This dissertation addressed the problem of modelling cognitive management frameworks that provide innovative strategies for spectrum management suitable to different scenarios and use cases in the context of DSA/CR Networks (CRNs). The first solution presented in this dissertation initially addressed the development of a framework that provides spectrum management strategies for Opportunistic Networks (ONs) defined as extended infrastructures created temporarily to serve specific regions following the policies dictated by the operator. The development of systems based on the CR paradigm to support the ONs is considered a key aspect to allow autonomous decisions and reconfiguration ability mechanisms because of the temporarily nature of these networks and the highly dynamic nature of the radio environment. Then, in order to expand the design of cognitive management frameworks providing spectrum management solutions that have applicability in a number of different scenarios and use cases, a cognitive management framework that exploits the Partially Observable Markov Decision Process (POMDP) concept has been proposed to combine the CR capabilities of radio environment awareness with a statistical characterization of the system dynamic. Finally, the framework based on POMDPs has been further extended with new functionalities able to characterize the environment dynamic through long-term predictions carried out exploiting the so-called belief vector. These frameworks as a whole aimed at demonstrating that a reliable characterization of the radio environment that combines awareness of its surrounding with a statistical evaluation of the system dynamics is able to guarantee an effcient utilization of the available spectrum resources. From a methodological point of view, the development and assessment of the proposed cognitive management frameworks and the corresponding spectrum management solutions involved analytical studies, system-level simulations and a real-time platform implementation. Overall, the research conducted in the context of this dissertation has revealed that proper cognitive management functionalities can be extremely beneficial to support spectrum management in a wide variety of scenarios and use cases. / El paradigma de radio cognitiva (CR) representa una solución innovadora para mitigar el problema de escasez de los recursos radio, permitiendo el acceso dinámico al espectro (DSA), definido con el fin de conciliar los conflictos existentes entre el crecimiento de la demanda de espectro, cada vez mayor, y la utilización de los recursos radio actualmente ineficiente. La idea básica del DSA es proporcionar soluciones adecuadas que permitan compartir el espectro radioeléctrico entre varios sistemas de comunicaciones radio con el objetivo de optimizar la utilización general del espectro. Esta tesis doctoral aborda el problema de la modelización de marcos de gestión cognitiva que proporcionan estrategias innovadoras y adecuadas para la gestión del espectro en diferentes escenarios y casos de uso en el contexto de las redes de radio cognitiva (CRN). La primera solución que se presenta en esta tesis aborda inicialmente el desarrollo de un marco que ofrece estrategias de gestión del espectro para redes oportunistas (ONs) definidas como infraestructuras extendidas, creadas temporalmente para servir a regiones específicas siguiendo las políticas dictadas por el operador. Debido a la naturaleza temporal de estas redes y a la naturaleza altamente dinámica del entorno radio, el desarrollo de sistemas basados en el paradigma de CR para apoyar las ONs se considera un aspecto clave que permite decisiones autónomas y mecanismos de reconfiguración. Luego, con el fin de ampliar el diseño de los marcos de gestión cognitiva para proporcionar soluciones de gestión del espectro con aplicabilidad en una serie de diferentes escenarios y casos de uso, se ha propuesto un marco de gestión cognitiva que explota el concepto de Partially Observable Markov Decision Process (POMDP) para combinar las capacidades de conocimiento del entorno radio del CR, con una caracterización estadística de la dinámica del sistema. Finalmente, el marco basado en el POMDP se ha ampliado con nuevas funcionalidades capaces de caracterizar el entorno dinámico a través de predicciones a largo plazo llevadas a cabo explotando el concepto de belief vector. Estos marcos en su conjunto tienen el objetivo de demostrar que una caracterización fiable del entorno radio que combina el conocimiento de su entorno con una evaluación estadística de la dinámica del sistema, es capaz de garantizar una utilización eficiente de los recursos disponibles del espectro. Desde un punto de vista de la metodología, el desarrollo y la evaluación de los marcos de gestión cognitiva propuestos y las correspondientes soluciones de gestión del espectro han involucrado estudios analíticos, simulaciones y la implementación de una plataforma que permite evaluaciones en tiempo real. En general, la investigación llevada a cabo en el contexto de esta tesis doctoral ha revelado que funcionalidades adecuadas de gestión cognitiva pueden ser extremadamente eficientes para apoyar la gestión del espectro en una amplia variedad de escenarios y casos de estudio.

The characterization of photonic band gap materials (Photonic Crystals) is a fundamental issue in the development of the technologies for their fabrication and future application. This Doctoral Thesis has dealt with the development of optical characterization methods and their implementation to planar photonic structures. According to the objectives established in the present work we have obtained several results that are concluded in the following paragraphs: We have developed an experimental technique based on the Bragg diffraction in the near and middle infra red (IR) spectral range to determine the lattice properties of planar photonic structures. We have applied the Angular-Dependent Reflectance Spectroscopy technique (ADRS) to the characterization of photonic bands in PhC slabs. The objective was the implementation of the technique to our samples with lattice parameters that require the measurement to be carried out in the mid-IR spectral range. We have implemented the Angle-Resolved Spectroscopic Polarimetry to characterize the band structure of planar photonic-crystal structures in the visible spectral range. We have developed of a simulation tool and post-processing method to enhance the photonic bands recognition by the cited methods. / La caracterización de materiales de gap fotónico (Cristales Fotónicos) es un aspecto fundamental en el desarrollo de las tecnologías para su fabricación y su futura utilización. Esta tesis doctoral se ha ocupado del desarrollo de métodos ópticos de caracterización, así como de su implementación en estructuras fotónicas planares, también conocidas como láminas de cristal fotónico (Photonic Cristal Slabs). De acuerdo con los objetivos fijados para el presente trabajo, hemos obtenido varios resultados, los cuales se resumen en los párrafos siguientes: Se ha desarrollado una técnica experimental basada en la difracción de Bragg en el rango espectral de la radiación infrarroja (IR) cercana y media, para determinar las propiedades de varias estructuras fotónicas planas. Se ha aplicado la técnica de la espectroscopia de reflectometría en ángulo variable (Angular-Dependent Reflectance Spectroscopy, ADRS) a la caracterización de bandas fotónicas en láminas de cristal fotónico. El objetivo ha sido la implementación de la técnica a las muestras fabricadas en el marco del grupo NePhoS de la Universitat Rovira i Virgili. Estas muestras tienen parámetros de red que requieren llevar a cabo una medición en un rango espectral del infrarojo (IR) medio. Finalmente, se ha desarrollado otra técnica óptica para caracterizar estructuras fotónicas planas: la polarimetría espectroscópica de ángulo variable.

Esta tesis trata sobre algunos avances en técnicas para el análisis, la medición experimental y la simulación numérica de flujos confinados en geometrías complejas. Se han desarrollado e implementado algoritmos de interrogación para PIV de alta velocidad. Especial atención se ha puesto en el tratamiento de la interrogación cerca de las fronteras de la imagen. Para realizar las simulaciones numéricas se ha desarrollado un modelo para flujos 3D que trabaja con mallas curvilíneas estructuradas por bloques. Este modelo ha sido paralelizado utilizando OpenMP. La trilogía de técnicas se ha completado desarrollando una novedosa técnica de premediación condicional basada en fuzzy clustering. Esta técnica permite generar un conjunto de medias condicionadas y analizar a partir de ellas la evolución temporal del flujo. Las tres técnicas se han aplicado en forma integrada al estudio de un caso seleccionado, correspondiente al flujo dentro de un alojamiento de componentes electrónicos.Palabras clave: PIV, Volúmenes Finitos, Fuzzy Clustering, flujos confinados. / This thesis deals with the improvement of techniques for the detailed analysis, experimental measurement and numerical simulation of flows confined within complex geometry. Interrogation algorithms for time resolved PIV were designed and implemented. Special attention was given to the treatment of the near wall portions of the images to ensure appropriate resolution of the boundary layer by proper placement of the displacement vector when the interrogation area overlaps the image boundary. A 3D finite volume solver for the Navier Stokes equations was created. This numerical model works with block structured grids and sliding interfaces, allowing the treatment of rather complex geometries. This solver has been fully parallelised using OpenMP. The set of techniques was completed devising a novel conditional sampling method based on fuzzy clustering for the analysis of large scale dynamics in turbulent flows. A set of ensemble averages is produced and the time evolution of the flow can be analysed through the most probable sequence in time of the conditionally sampled averages. A case study was selected to drive the evolution of these techniques, concerning the flow inside a printed circuit board (PCB) enclosure. Keywords: PIV, Finite Volume, Fuzzy Clustering, confined flows

La Paràlisi Cerebral és la discapacitat motora més comuna durant la infància i consisteix en una alteració de la mobilitat deguda a una lesió en el sistema nerviós central produïda durant l'etapa prenatal, perinatal o infantil. Aquestes lesions, que no són una malaltia, no evolucionen, però les seves conseqüències sí que interfereixen en el desenvolupament de la persona. Les dificultats motores, que solen anar acompanyades en moltes ocasions per problemes sensorials, alteracions en l'atenció, cognició i altres, suposen un handicap per a l'exploració de l'entorn, la participació en les activitats quotidianes i les relacions amb els iguals, que són la base de l'aprenentatge i el desenvolupament. Aquesta tesi, que s'enquadra dins de la disciplina de la Interacció Persona-Ordinador (IPO), se centra en la concepció, aplicació i avaluació de sistemes interactius per a persones amb paràlisi cerebral. En primer lloc fem una revisió de l' estat de l'art en sistemes interactius audiovisuals per a persones amb paràlisi cerebral. A continuació realitzem una proposta de diferents mètodes per a l'anàlisi de la qualitat de la interacció. Després abordem diverses propostes de sistemes interactius basats en visió artificial dissenyats per a persones amb paràlisi cerebral. D'entre aquestes, fem especial èmfasi en una proposta de sistema interactiu audiovisual orientat a persones amb trastorns físics, cognitius i sensorials en graus moderat i sever que ha demostrat ser assequible per a moltes d'aquestes persones i els proporciona una experiència lúdica motivadora, que facilita el treball de certes competències per part dels professionals. / La Parálisis Cerebral es la discapacidad motora más común durante la infancia y consiste en una alteración de la movilidad debida a una lesión en el sistema nervioso central producida durante la etapa prenatal, perinatal o infantil. Estas lesiones, que no son una enfermedad, no evolucionan, pero sus consecuencias sí que interfieren en el desarrollo de la persona. Las dificultades motoras, que suelen ir acompañadas en muchas ocasiones por problemas sensoriales, alteraciones en la atención, cognición y otros, suponen un hándicap para la exploración del entorno, la participación en las actividades cotidianas y las relaciones con los iguales, que son la base del aprendizaje y el desarrollo. Esta tesis, que se encuadra dentro de la disciplina de la Interacción Persona-Ordenador (IPO), se centra en la concepción, aplicación y evaluación de sistemas interactivos para personas con parálisis cerebral. En primer lugar hacemos una revisión del estado del arte en sistemas interactivos audiovisuales para personas con parálisis cerebral. A continuación realizamos una propuesta de distintos métodos para el análisis de la calidad de la interacción. Después abordamos varias propuestas de sistemas interactivos basados en visión artificial diseñados para personas con parálisis cerebral. De entre éstas, hacemos especial énfasis en una propuesta de sistema interactivo audiovisual orientado a personas con trastornos físicos, cognitivos y sensoriales en grados moderado y severo que ha demostrado ser asequible para muchas de estas personas y les proporciona una experiencia lúdica motivadora, que facilita el trabajo de ciertas competencias por parte de los profesionales. / Cerebral Palsy is the most common motor disability in childhood and entails impaired mobility due to damage to the central nervous system just before or during the birth, or during the early childhood. These lesions, which are not a disease, are not progressive, but its consequences interfere with the development of the child. Motor impairments often come with other difficulties such as alterations in attention, cognition, and others. Such deficiencies are a handicap for the exploration of the environment, for the participation in daily activities and for the relationship with peers which are the basis for learning and development. This thesis, which falls within the Human-Computer Interaction (HCI) scope, focuses on the design, implementation and evaluation of interactive systems for people with cerebral palsy. Firstly, we review the state of the art in audio-visual interactive systems for people with cerebral palsy. Secondly, we propose different methods for analysing the quality of the interaction. Finally, we propose several interactive systems for people with cerebral palsy based on computer vision, among which we put special emphasis on an interactive audio-visual proposal aimed at people with physical, cognitive and sensory impairments in moderate and severe degrees. This system proved to be attainable for many of these people and to provide a motivating playing experience that allows professionals to develop some skills on the users.

En los últimos años ha habido un interés creciente en el estudio de el compuesto La2NiO4+?, debido a sus propiedades como conductor mixto iónico-electrónico, que lo hacen adecuado para su utilización en dispositivos electroquímicos, tales como cátodo para pilas de combustible de óxido sólido a temperaturas intermedias (IT-SOFC), membranas de permeación o sensores de gas. La estructura de fase La2NiO4+? está formada por láminas de LaNiO3, de tipo perovskita, alternadas con láminas de LaO de tipo cloruro sódico, en las cuales puede incorporarse oxígeno sobreestequiométrico. Esta estructura laminar es la responsable de la anisotropía en las propiedades del La2NiO4+?, dando lugar a una conductividad iónica y electrónica que es entre dos y tres órdenes de magnitud superior a lo largo del plano ab, en comparación con la dirección del eje c.Este trabajo consiste en el estudio, desde un punto de vista fundamental, de películas delgadas epitaxiales de La2NiO4+? orientadas a lo largo del eje c y crecidas por la técnica de deposición química en fase vapor de precursores organometálicos por inyección pulsada (PI-MOCVD) sobre diferentes sustratos, con el fin de adquirir una mejor comprensión de sus características microestructurales, su variación con la tensión y la influencia de la tensión en las propiedades de transporte a elevada temperatura. Además, el crecimiento epitaxial permite la medida de las propiedades de las películas de La2NiO4+? en dos direcciones perpendiculares, obteniendo una medida directa de la anisotropía del material.El La2NiO4+? es el primer miembro (n = 1) de la familia Ruddlesden-Popper Lan+1NinO3n+1, en la que la estructura de cada miembro está formada por un número n de bloques perovskita LaNiO3 alternados entre bloques LaO tipo cloruro sódico. Asimismo se han intentado depositar películas orientadas a lo largo del eje c de los miembros n = 2, 3 e ?, y se ha estudiado la variación las propiedades de transporte a lo largo de la serie Lan+1NinO3n+1. En la tesis se realiza una introducción a los conductores mixtos iónicos-electrónicos (MIEC) y a los cátodos para pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), como una posible aplicación del material La2NiO4+?. Se describen las propiedades más importantes de la fase La2NiO4+?, y de los miembros n =2, 3 e ? de la familia Lan+1NinO3n+1, así como el estado del arte de la preparación de películas delgadas de estos materiales.A continuación se describe la técnica de deposición química en fase vapor de precursores organometálicos por inyección pulsada (PI-MOCVD), acompañada de una descripción detallada de los parámetros de depósito seleccionados, y del equipo PI-MOCVD utilizado. También se describen las técnicas utilizadas en la caracterización de las películas delgadas de Lan+1NinO3n+1.Posteriormente se describen los parámetros de depósito optimizados para la deposición de películas epitaxiales de La2NiO4+? y se realiza una caracterización estructural, morfológica y microestructural en función del espesor de las películas, del sustrato utilizado y de la temperatura. También se detalla y describe la conductividad total de películas epitaxiales de diferente espesor medida. Para éstas películas se han medido, además, las propiedades de intercambio y de difusión de oxígeno utilizando dos técnicas diferentes: la técnica de intercambio de isótopos y la técnica de relajación de la conductividad. Los resultados de estas medidas se discuten en función de la microestructura de las películas. Por último, se ha completado el estudio describiendo los primeros resultados de deposición de otros miembros de la familia Ruddlesden-Popper. La evolución de las propiedades de transporte total de las películas delgadas de Lan+1NinO3n+1 se han relacionado con el número de láminas tipo perovskita n. / In the last years there has been a great interest in the study of the La2NiO4+? compound due to its mixed ionic-electronic properties, which make it suitable in electrochemical devices, such as cathode in Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells (IT-SOFC), permeation membranes or gas sensors. The La2NiO4+? phase structure is formed by perovskite-type LaNiO3 layers alternated with rocksalt-type LaO layers, in which hyperstoichiometric oxygen can be incorporated. This layered structure is responsible for the anisotropy in the La2NiO4+? properties, leading to electronic and ionic conductivity three orders of magnitude higher along the ab plane, in comparison with the c-axis direction.This work is focused on the study, from a fundamental point of view, of epitaxial c-axis oriented La2NiO4+? thin films deposited by PI-MOCVD technique on different substrates, in order to achieve a better comprehension of the microstructural characteristics, their variation with strain and their influence in its high temperature transport properties. Moreover, the epitaxial growth of the films permits the measurement of the properties of the La2NiO4+? in two perpendicular directions, to have a direct inset of the anisotropy.The La2NiO4+? phase is the n = 1 member of the Lan+1NinO3n+1 Ruddlesden-Popper family, in which the structure of each member is formed by a n number of perovskite layers alternated between rock-salt layers. We have also attempted to deposit c-axis oriented films of the n = 2, n = 3 and n = 1 members and studied the variation of the transport properties through the different members of the family.First, Chapter 1 consists of an introduction to the mixed ionic-electronic conductors (MIEC) and to the solid oxide fuel cell (SOFC) cathodes, as a possible application of the La2NiO4+? material. The most remarkable properties of the La2NiO4+? phase, and of the n = 2, 3 and 1 members of the Lan+1NinO3n+1 family are analyzed, as well as the state of the art in the preparation of thin films of these materials.In Chapter 2, the Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) technique is described, accompanied by a detailed description of the selected experimental deposition parameters and of the Pulsed Injection MOCVD equipment used. Chapter 3 summarizes all the techniques used for the Lan+1NinO3n+1 thin film characterization.In Chapter 4, the optimized experimental parameters for the deposition of epitaxial La2NiO4+? thin films are described. Structural, morphological and microstructural characterization is performed as a function of film thickness, substrate used and temperature. Total conductivity of epitaxial layers is also described and discussed. In Chapter 5 we have studied the oxygen exchange and transport of the La2NiO4+? thin films by two different techniques: the oxygen isotope exchange and the electrical conductivity relaxation. Results are discussed as a function of microstructure.Finally, in Chapter 6, the study is completed describing the first results of the deposition of the other members of the Ruddlesden-Popper family. Evolution of the total conductivity properties of the Lan+1NinO3n+1 films has been related to the n number of perovskite layers.

La primera asociación de marinos de carácter sindical nace en Barcelona en 1878. En los años posteriores se van fundando numerosas asociaciones de náuticos (oficiales de cubierta), y de oficiales de máquinas. Las reivindicaciones generales de los marinos civiles en el primer tercio del siglo XX, motivaron diversos intentos unitarios, plasmados en las tres federaciones de oficiales de la marina mercante que se formaron. Finalizada la guerra civil y fuera de la ley todas las organizaciones sindicales de clase y democráticas, los marinos se encuadraron obligatoriamente en el sindicalismo vertical. En abril de 1975, se fundó el sindicato libre de la marina mercante (SLMM). A su naturaleza de clase y democrática, el SLMM unía un rasgo esencial: era una organización unitaria de todos los trabajadores de un buque. La división sindical del movimiento obrero hizo inviable la continuidad del SLMM. En su V congreso el SLMM aprobó por amplia mayoría su integración en comisiones obreras, poniendo fin al mas fructífero de los intentos sindicales unitarios de la marina mercante.