[ES] Con el creciente aumento de la tecnología, las industrias demandan nuevos métodos de procesamiento de materiales, que puedan contribuir a mejorar las propiedades físicas y mecánicas, en comparación con los métodos convencionales. Los principales requerimientos de los métodos no convencionales son la disminución del consumo energético y el tiempo de procesamiento. En este sentido, la radiación por microondas ha presentado importantes ventajas en términos de las propiedades físicas y mecánicas de algunos materiales, además de ahorros energéticos y tiempos de procesamiento. En el área de las cerámicas piezoeléctricas, su procesamiento por medio de microondas es un tema de reciente creación. Hasta la fecha, existe poca literatura que reporta el uso de la radiación electromagnética como medio para el procesamiento de este tipo de materiales, por lo que es necesario profundizar en el tema. Los materiales piezoeléctricos convierten tensiones mecánicas en una diferencia de potencial sobre sus superficies. Este efecto es provocado por la polarización espontanea de algunos cristales, que presentan un eje no centro-simétrico dentro de su estructura cristalina. La investigación actual se enfoca en el desarrollo de materiales cerámicos piezoeléctricos libres de plomo, sin que, a la fecha, exista un material que pueda mejorar las propiedades que ofrecen los basados en el compuesto Pb(Ti,Zr)O3. En este trabajo se estudia la aplicación de microondas en el procesamiento de materiales piezoeléctricos libres de plomo, basados en el compuesto K0.5Na0.5NbO3. Las cerámicas basadas en este compuesto han demostrado tener altas propiedades piezoeléctricas, como el parámetro d33 mayores a 300 pC/N. La aplicación de microondas durante la síntesis por reacción en estado sólido, a temperaturas cercanas a 800 °C, de los compuestos base K0.5Na0.5NbO3 genera la formación de fase perovskita con la presencia de fases secundarias. Las fases secundarias son producto de la alta velocidad de calentamiento ocasionada por el procesamiento de microondas. Durante la sinterización por microondas, se obtienen densidades relativas similares a las obtenidas por el método convencional, cercanas al 95%, sin embargo, se generan heterogeneidades estructurales que influencian las propiedades ferroeléctricas, dieléctricas y piezoeléctricas de los compuestos libres de plomo. A la fecha, no se han realizado estudios que determinen los efectos de la aplicación de radiación microondas monomodo en materiales piezoeléctricos de este tipo, por lo que los resultados de esta investigación exploratoria son interesantes para la aplicación de esta técnica en el desarrollo de métodos no convencionales de procesamiento. / [EN] Industry demands new methods of processing materials in order to improve its properties. Priory requirements in new processes involve the reduction of energy consumption and processing time. In that sense, if heating is required during the process, heating by microwave radiation has showed some important advantages in comparison with conventional heating. Microwave heating is a non-conventional technique that involves high heating rates and rapid processing times. The properties of most materials heated by microwave radiation showed similar or superior properties than the obtained by conventional processing. Materials such as zirconium, alumina, and some metals has been sintered by microwave heating, while other inorganic compounds as oxides has been synthetized successfully by applying different microwave heating techniques. In the other hand, the processing of piezoelectric materials by microwave of energy remains with minor research. So far, there's a lack of literature about microwave radiation to process piezoelectric materials, therefore, it's necessary to be explored. Furthermore, this research focuses on studying the processing lead-free piezoelectric materials, based on the compound (K-Na)NbO3 by using microwave radiation. Ceramics based on this compound have shown high piezoelectric properties, such as d33 constants greater than 300 pC / N becoming a possible substitute of the toxic PZTs. Ceramics based on (K-Na)NbO3 were synthesized by microwave-assisted solid-state reaction route. The obtained powders were formed at 650°C during 10 minutes by a heating which represents 90% less of the conventional time. Microwave sintering of (K-Na)NbO3-based ceramics at 1100°C during 10 minutes generates dense ceramics, with similar densities than the conventional sintering, reducing its sintering time. However, structural heterogeneities were formed in the process influencing the ferroelectric, dielectric and piezoelectric ceramics properties. / [CA] Amb el creixent augment de la tecnologia, les indústries demanden nous mètodes de processament de materials, que puguen contribuir a millorar les propietats físiques i mecàniques, en comparació amb els mètodes convencionals. Els principals requeriments dels mètodes no convencionals són la disminució del consum energètic i el temps de processament. En este sentit, la radiació per microones ha presentat importants avantatges en termes de les propietats físiques i mecàniques d'alguns materials, a més d'estalvis energètics i temps de processament. En l'àrea dels ceràmics piezoelèctrics, el seu processament per mitjà de microones és un tema de recent creació. Fins a la data, hi ha poca literatura que reporta l'ús de la radiació electromagnètica com a mitjà per al processament d'este tipus de materials, per la qual cosa és necessari aprofundir en el tema. Els materials piezoelèctrics responen a un efecte mecànic per mitjà de la generació d'una diferència de potencial i viceversa a causa de la seua estructura asimètrica. La investigació actual s'enfoca en el desenrotllament de materials ceràmics piezoelèctrics lliures de plom, sense que, a la data, existisca un material que puga millorar les propietats que oferixen els basats en el compost PbTiZrO3. En este treball s'estudia l'aplicació de microones en el processament de materials piezoelèctrics lliures de plom, basats en el compost K0.5Na0.5NbO3. Els ceràmics basats en este compost han demostrat tindre altes propietats piezoelèctriques, com una constant d33 major a 300 pC/N. L'aplicació de microones durant la síntesi per reacció en estat sòlid dels compostos basats en K0.5Na0.5NbO3, a temperatures pròximes a 800 °C, genera la formació de fase perovskita amb la presència de fases secundàries. Les fases secundàries són producte de l'alta velocitat de calfament ocasionada pel processament de microones. Durant la sinterització per microones, s'obtenen densitats relatives semblants a les obtingudes pel mètode convencional, pròximes al 95%, no obstant això, es generen heterogeneïtats estructurals que influencien les propietats ferroelèctriques, dielèctriques i piezoelèctriques dels compostos lliures de plom. / Agradezco también al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México por la beca nacional 290934 y la beca mixta para programas de doble titulación 291063 por proveer el soporte económico para la realización de esta tesis. / Lagunas Chavarría, DA. (2020). Estudio de cerámicas piezoeléctricas libres de plomo procesadas por microondas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/148107 / TESIS

El principio de “desarrollo sustentable” ha promovido grandes cambios en el avance de la química. El esfuerzo por encontrar alternativas a los solventes orgánicos convencionales y el desarrollo de metodologías para optimizar el uso de los recursos son sólo algunas de ellos. La síntesis de nuevos materiales iónicos y su aplicación en procesos extractivos, empleando fuentes de energía alternativas, es un claro ejemplo de esta búsqueda. Por lo mencionado, los resultados presentados en esta memoria constituyen un aporte muy significativo tanto a la química orgánica como a la analítica. La presente Tesis está organizada en cuatro capítulos y versa sobre la síntesis, caracterización y estudio teórico de nuevos materiales iónicos provenientes de la S-alquilación de tiofenos y su empleo en métodos de extracción sólido-líquido de analitos de interés ambiental, utilizando en cada caso energía de ultrasonidos o microondas para llevar a cabo el objetivo. En el capítulo 1 se describe la síntesis promovida por ultrasonido del bromuro de S-butiltiofenio en medio acuoso. Si bien el compuesto no pudo ser aislado debido a su inestabilidad fuera de disolución acuosa, el mismo fue obtenido con muy buenos rendimientos y se lo ha caracterizado por RMN. Además, se llevó a cabo una polimerización química de tiofeno empleando energía de ultrasonidos, no pudiendo lograrse satisfactoriamente la cuaternización del politiofeno obtenido. El capítulo 2 detalla la síntesis, asistida por microondas, de 17 líquidos iónicos que implican la S-alquilación de diferentes tiofenos con sales de plata como fuente de aniones. Todos los productos aislados se han caracterizado completamente por RMN y DSC, y todos los productos se han cuantificado mediante espectroscopia UV-vis. Las condiciones de reacción optimizadas mediante diseño de experimentos permitieron alcanzar rendimientos del 96%. Por otro lado, mediante el uso de herramientas computacionales (DFT, NBO, QTAIM), se llevó a cabo un estudio teórico sobre la S-alquilación de tiofenos con yodoalcanos, en presencia de sales de plata. En el capítulo 3, se analiza la función del anión en el mecanismo de reacción, así como el efecto de los sustituyentes en el anillo de tiofeno y de la longitud de la cadena alquílica. Además, se examina la estabilidad de las sales frente a la solvólisis en distintos medios. Este trabajo fue realizado en el marco de una estancia predoctoral en colaboración con el Dr. Juan García de la Concepción, bajo la supervisión del Prof. Pedro Cintas Moreno (UEx, España). Finalmente, el capítulo 4 se divide en dos secciones. En la primera, se describe el empleo del bromuro de S-butilitofenio en la extracción, asistida por ultrasonidos, de hidrocarburos aromáticos policíclicos en sedimentos; mientras que, en la segunda, se describe la síntesis de líquidos iónicos estables de cadena larga, provenientes de la S-alquilación de benzotiofeno y su empleo en la extracción de cadmio en sedimentos, asistida por ultrasonidos. En el transcurso de esta Tesis se ha publicado un capítulo de libro y dos artículos en revistas internacionales, contando con otros dos en etapa de redacción. Además, los resultados obtenidos han sido presentados en tres reuniones científicas. / The "sustainable development" principle has promoted major changes in the progress of chemistry, such the effort to find alternatives to conventional organic solvents and the development of methodologies to optimize the use of resources. The synthesis of new ionic materials and their use in extractive processes, employing alternative sources of energy is a clear example of this search. This Thesis is a very significant contribution to both organic and analytical chemistry. The present Thesis is organized in four chapters, and deals with the synthesis, characterization and theoretical study of new ionic materials coming from the S-alkylation of thiophenes and their use in solid-liquid extraction methods for analytes of environmental interest, employing in each case ultrasound or microwave source of energy to carry out the objective. Chapter 1 describes the ultrasound promoted synthesis of S-butylthiophenium bromide in an aqueous medium. Even though this compound could not be isolated due to its instability, it was obtained with great yields and characterized through NMR. Additionally, a chemical polymerization of thiophene was carried out using ultrasound energy. Quaternization reaction of polythiophene was not achieved satisfactorily. Chapter 2 details the microwave assisted synthesis of 17 ionic liquids, involving S-alkylation of different thiophenes, using silver salts as anion sources. All isolated products have been completely characterized through NMR and DSC. All products have been quantified through UV-Vis spectroscopy. The reaction conditions were optimized by experimental design, which lead to better yields (96%). A theoretical study on the S-alkylation of thiophenes with iodoalkanes and silver salts was carried out by means of computational tools (DFT, NBO, QTAIM). In chapter 3, the function of the anion in the reaction mechanism is analyzed, as well as the effect of the substituents on the thiophene ring and the alkyl chain length. In addition, the stability of the salts against solvolysis in different media is examined. This work was carried out within a predoctoral research visit in collaboration with Dr. Juan Garcia de la Concepcion, under supervision of Prof. Pedro Cintas Moreno (UEx, Spain). Finally, chapter 4 is divided into two sections. The first one discusses the use of S-butylthiophenium bromide in ultrasound assisted extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from sediments. The second one deals with the synthesis of stable, long chain ionic liquids coming from S-alkylation of benzo[b]thiophenes and their employment in cadmium extraction from sediments. In the course of this Thesis, the chapter of a book and two journal articles (along with two more at writing stage), have been published. Moreover, the result of the present Thesis have been presented in three scientific meetings.

Esta dissertação propõe uma metodologia de projeto de osciladores distribuídos controlados por tensão - DVCO - com realimentação reversa em freqüência de microondas. Estes constituem uma nova classe de osciladores recentemente proposta, a qual é obtida através da realimentação reversa de amplificadores distribuídos e tem como principal vantagem a possibilidade de sintonia em faixa ultra-larga de freqüência. São apresentados os fundamentos teóricos de operação do circuito e é proposta uma extensão da análise linear apresentada na literatura, considerando linhas de transmissão artificiais m-derivadas, a qual permite prever as transcondutâncias mínimas necessárias dos transistores e a freqüência inicial de oscilação. O método de projeto proposto é direcionado a DVCOs com realimentação reversa empregando transistores de efeito de campo dos tipos MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) e PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), bem como ao uso de tecnologia de circuitos híbridos de microondas - MICs, e circuitos integrados monolíticos de microondas - MMICs. A metodologia proposta definiu critérios para implementar a topologia deste circuito através de componentes reais, considerando-se os parasitas associados aos mesmos. Para validação do procedimento de projeto, concebeu-se e simulou-se através do programa ADS da Agilent um oscilador intitulado DVCO 3 GHz, cuja faixa de freqüência especificada estende-se de 1 a 3 GHz e a potência mínima de saída especificada é de 10 dBm. Um protótipo foi construído em circuito híbrido e seus resultados experimentais foram comparados aos simulados. A freqüência de oscilação medida foi de 1,04 GHz a 3,05 GHz e a potência obtida esteve entre 9,8 e 14,3 dBm, apresentando boa concordância com as simulações. O ruído de fase foi medido entre 100 kHz e 1 MHz de distância da portadora, observando-se uma inclinação proporcional a 1/f3. Verificou-se que a diminuição da corrente de polarização Ids dos transistores, através da redução de sua tensão de polarização de porta-fonte Vgs, melhorou o ruído de fase. Na condição de polarização de menor ruído de fase, observaram-se valores entre -84 e -93 dBc/Hz a 100 kHz da portadora. / In this dissertation, a design methodology applied to microwave reverse feedback distributed voltage controlled oscillators - DVCO - is proposed. This circuit constitutes a new class of oscillators, obtained from reverse feeding back of the distributed amplifier. The main advantage of this topology is its capacity to achieve ultra-wideband frequency tuning. Circuit theoretical background is presented and an extension of the linear analysis presented in the literature is proposed. It allows predicting transistor minimum transconductances and the oscillation initial frequency, considering m-derived artificial transmission lines. The proposed design method is applicable to reverse feedback DVCOs employing field effect transistors MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) and PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), as well as using MIC (Microwave Integrated Circuits) and MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) technology. The proposed methodology defined criterion to employ real components, considering the component parasitics. In order to validate the design method, an oscillator named DVCO 3 GHz was designed and simulated through software Agilent ADS, with specified band from 1 up to 3 GHz and minimum output power of 10 dBm. A prototype was implemented in hybrid circuit technology and the measurements were compared to the simulation results. The measured oscillation frequency varied from 1,04 GHz up to 3,05 GHz and the output power was 9,8 to 14,3 dBm, presenting good agreement with simulations. Phase noise was measured in the range between 100 kHz and 1 MHz shift from carrier; in which it was observed a 1/f3 slope. It was verified that decreasing the transistor bias current Ids through decreasing its gate bias voltage Vgs reduced phase noise. In the biasing condition for lowest phase noise, values between -84 and -93 dBc/Hz at 100 kHz off-set from carrier were measured.

Nesta dissertação, os principais conceitos de MEMS, suas aplicações, processos de fabricação, componentes e sistemas são abordados. O objetivo desta dissertação é o estudo detalhado de chaves MEMS para aplicações em RF, que apresentam bom comportamento em altas freqüências e com potencial de melhoria em sua banda de operação. Em particular, aprofundou-se o estudo para o caso de uma chave MEMS de membrana capacitiva paralela sobre um guia de onda coplanar ou CPW - Coplanar Waveguide. O objetivo foi o de ampliar sua banda de operação, mantendo-se outras especificações inalteradas. Partindo-se de uma chave com banda de operação nula para critérios de perda de retorno e isolação mínimas iguais a 20 dB, com alteração na geometria da chave foi possível obter-se uma banda de 28 GHz e posteriormente ampliá-la para 31 GHz, praticamente sem alteração nas demais características elétricas. / In this thesis, the main concepts of MEMS, their application, fabrication processes, components and systems are addressed. The objective of the thesis is a detailed study of MEMS switches for RF applications, that present good performance at high frequencies and with a potential for bandwidth improvement. More specifically, the study was deeply conducted for shunt capacitive membrane MEMS switches over CPW - Coplanar Waveguide. In this case, the objective was to enlarge the operation bandwidth, keeping the other specifications unchanged. Starting with a switch with null operational bandwidth for criteria of minimum return loss and isolation of 20 dB, after a modification in the switch geometry, it was possible to obtain an operational bandwidth of 28 GHz and then to enlarge it to 31 GHz, keeping almost unchanged the other electric characteristics.

Esta dissertação propõe uma metodologia de projeto de osciladores distribuídos controlados por tensão - DVCO - com realimentação reversa em freqüência de microondas. Estes constituem uma nova classe de osciladores recentemente proposta, a qual é obtida através da realimentação reversa de amplificadores distribuídos e tem como principal vantagem a possibilidade de sintonia em faixa ultra-larga de freqüência. São apresentados os fundamentos teóricos de operação do circuito e é proposta uma extensão da análise linear apresentada na literatura, considerando linhas de transmissão artificiais m-derivadas, a qual permite prever as transcondutâncias mínimas necessárias dos transistores e a freqüência inicial de oscilação. O método de projeto proposto é direcionado a DVCOs com realimentação reversa empregando transistores de efeito de campo dos tipos MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) e PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), bem como ao uso de tecnologia de circuitos híbridos de microondas - MICs, e circuitos integrados monolíticos de microondas - MMICs. A metodologia proposta definiu critérios para implementar a topologia deste circuito através de componentes reais, considerando-se os parasitas associados aos mesmos. Para validação do procedimento de projeto, concebeu-se e simulou-se através do programa ADS da Agilent um oscilador intitulado DVCO 3 GHz, cuja faixa de freqüência especificada estende-se de 1 a 3 GHz e a potência mínima de saída especificada é de 10 dBm. Um protótipo foi construído em circuito híbrido e seus resultados experimentais foram comparados aos simulados. A freqüência de oscilação medida foi de 1,04 GHz a 3,05 GHz e a potência obtida esteve entre 9,8 e 14,3 dBm, apresentando boa concordância com as simulações. O ruído de fase foi medido entre 100 kHz e 1 MHz de distância da portadora, observando-se uma inclinação proporcional a 1/f3. Verificou-se que a diminuição da corrente de polarização Ids dos transistores, através da redução de sua tensão de polarização de porta-fonte Vgs, melhorou o ruído de fase. Na condição de polarização de menor ruído de fase, observaram-se valores entre -84 e -93 dBc/Hz a 100 kHz da portadora. / In this dissertation, a design methodology applied to microwave reverse feedback distributed voltage controlled oscillators - DVCO - is proposed. This circuit constitutes a new class of oscillators, obtained from reverse feeding back of the distributed amplifier. The main advantage of this topology is its capacity to achieve ultra-wideband frequency tuning. Circuit theoretical background is presented and an extension of the linear analysis presented in the literature is proposed. It allows predicting transistor minimum transconductances and the oscillation initial frequency, considering m-derived artificial transmission lines. The proposed design method is applicable to reverse feedback DVCOs employing field effect transistors MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) and PHEMT (Pseudomorfic High Electron Mobility Transistor), as well as using MIC (Microwave Integrated Circuits) and MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) technology. The proposed methodology defined criterion to employ real components, considering the component parasitics. In order to validate the design method, an oscillator named DVCO 3 GHz was designed and simulated through software Agilent ADS, with specified band from 1 up to 3 GHz and minimum output power of 10 dBm. A prototype was implemented in hybrid circuit technology and the measurements were compared to the simulation results. The measured oscillation frequency varied from 1,04 GHz up to 3,05 GHz and the output power was 9,8 to 14,3 dBm, presenting good agreement with simulations. Phase noise was measured in the range between 100 kHz and 1 MHz shift from carrier; in which it was observed a 1/f3 slope. It was verified that decreasing the transistor bias current Ids through decreasing its gate bias voltage Vgs reduced phase noise. In the biasing condition for lowest phase noise, values between -84 and -93 dBc/Hz at 100 kHz off-set from carrier were measured.

Nesta dissertação, os principais conceitos de MEMS, suas aplicações, processos de fabricação, componentes e sistemas são abordados. O objetivo desta dissertação é o estudo detalhado de chaves MEMS para aplicações em RF, que apresentam bom comportamento em altas freqüências e com potencial de melhoria em sua banda de operação. Em particular, aprofundou-se o estudo para o caso de uma chave MEMS de membrana capacitiva paralela sobre um guia de onda coplanar ou CPW - Coplanar Waveguide. O objetivo foi o de ampliar sua banda de operação, mantendo-se outras especificações inalteradas. Partindo-se de uma chave com banda de operação nula para critérios de perda de retorno e isolação mínimas iguais a 20 dB, com alteração na geometria da chave foi possível obter-se uma banda de 28 GHz e posteriormente ampliá-la para 31 GHz, praticamente sem alteração nas demais características elétricas. / In this thesis, the main concepts of MEMS, their application, fabrication processes, components and systems are addressed. The objective of the thesis is a detailed study of MEMS switches for RF applications, that present good performance at high frequencies and with a potential for bandwidth improvement. More specifically, the study was deeply conducted for shunt capacitive membrane MEMS switches over CPW - Coplanar Waveguide. In this case, the objective was to enlarge the operation bandwidth, keeping the other specifications unchanged. Starting with a switch with null operational bandwidth for criteria of minimum return loss and isolation of 20 dB, after a modification in the switch geometry, it was possible to obtain an operational bandwidth of 28 GHz and then to enlarge it to 31 GHz, keeping almost unchanged the other electric characteristics.

[pt] Diversos fatores têm atraído esforços para o desenvolvimento de novas estruturas para circuitos planares de microondas. Várias propostas são encontradas na literatura técnica, explorando diferentes formas de miniaturização dos circuitos, melhoria de eficiência de acoplamento, aumento de banda ou redução de perdas. Entre elas, encontra-se a utilização de materiais ferroelétricos, cujas propriedades dielétricas podem ser alteradas com a aplicação de uma tensão elétrica, permitindo a fabricação de uma nova classe de dispositivos ativos compactos; contudo, esses materiais têm desvantagens como altas perdas e dificuldades de fabricação. Em paralelo, a disseminação das telecomunicações ópticas gera uma demanda de novos componentes ópticos para os sistemas: mais eficientes, com maior capacidade e menor custo. A utilização de fibras ópticas de sílica em telecomunicações torna desejável que esses novos componentes sejam realizados em materiais compatíveis com a sílica, como por exemplo alguns tipos de vidro. A polarização eletro térmica surgiu como uma forma de produzir dispositivos eletro-ópticos ativos a partir de vidros utilizados como substratos de guias de onda ópticos passivos. Neste trabalho, os processos de tratamento eletro-térmicos utilizados nos substratos ópticos são aplicados a substratos dielétricos para uso em microondas. São verificados os efeitos resultantes nas alterações das propriedades dielétricas na faixa de microondas e a aplicação potencial em componentes e circuitos. Os tratamentos se constituem fundamentalmente na aplicação de alta tensão ao substrato na presença de temperatura elevada, visando à migração controlada de íons no material. Os substratos estudados são a alumina, substrato tradicional de microondas com elevada constante dielétrica, e os vidros, boro-silicato e sodo-cálcico, que estão atualmente sendo utilizados como substratos para guias ópticos e para construção de dispositivos ópticos ativos. É caracterizada a perda dielétrica dos vidros tratados para utilização como substrato para circuitos planares de microondas. O desenvolvimento de dispositivos ópticos ativos em substratos vítreos também implica na fabricação de circuitos elétricos de microondas sobre o mesmo substrato, para alimentar esses dispositivos com dados em altas taxas. Os vidros possuem altas perdas dielétricas nessa faixa devido à presença de íons alcalinos. A criação, pelo tratamento eletro-térmico, de uma camada de depleção de íons, próxima à superfície abaixo do circuito, permite a redução dessas perdas efetivas em circuitos planares. Outro efeito investigado é a possibilidade de se produzir um comportamento similar ao efeito ferroelétrico em um substrato de microondas. A camada de depleção criada pelo tratamento eletro-térmico provoca alterações na estrutura e permite a gravação de um campo elétrico estático devido ao deslocamento de íons. É estudada a influência desse campo dentro do material na variação de suas propriedades dielétricas, e a resposta à aplicação de uma tensão de controle externa. Estuda-se então a possibilidade de substituição por substratos tratados dos materiais ferroelétricos no desenvolvimento de componentes como chaves, acopladores e atenuadores variáveis e filtros de microondas. / [en] Several factors have been attracting research efforts to the development of new planar structures for microwave planar circuits. Various proposals can be found in the technical literature, exploring different ways of miniaturization of circuits, improvement of coupling efficiency, increase of bandwidth or reduction of losses. Among these is the use of ferroelectric materials, whose dielectric properties can be altered with the application of an electrical voltage, enabling the fabrication of a new class of compact active devices; however, such materials present some disadvantages, like very high losses and difficulties in manufacturing. Parallel to that, the dissemination of optical telecommunications generates a demand for new optical components for the systems, with greater efficiency and capacity but lower cost. Due to the use of silica optical fibers in telecommunications, it is desirable that these new components are fabricated in materials compatible to silica, as for example some types of glass. The electro-thermal polarization emerged as a way of producing active electro-optical devices from glass substrates used for passive optical waveguides. In this work, the processes of electro-thermal treatment used in optical substrates are applied to dielectric substrates for microwave use. The resulting effects on the changes in dielectric properties in the microwave frequency range and potential application in components and circuits are assessed. Such treatments are constituted fundamentally by the application of high voltage to the substrate in the presence of high temperature, aiming at the controlled migration of ions in the material. The substrates considered are alumina, conventional microwave substrate with high dielectric constant, and glasses, borosilicate and soda-lime, which are currently being used as substrates for optical waveguides and for the construction of active optical devices. The dielectric loss of treated glasses as substrates for planar microwave circuits is characterized. The development of active optical devices in vitreous substrates also implies the manufacture of microwave electrical circuits on the same substrate, in order to feed these devices with data at high rates. Glasses have high dielectric losses in this frequency range due to the presence of alkali ions. The creation by the electro-thermal treatment of an ion- depleted layer, near the surface below the planar circuit, enables the reduction of the effective losses in planar circuits. Another investigated effect is the possibility of creating a behavior similar to the ferroelectric effect in the microwave substrate. The depletion layer created by the electro-thermal treatment causes alterations in the structure and allows the recording of a static electric field by the displacement of ions. The influence of this field within the material on the variation of its dielectric properties, and the response to the application of an external control voltage are assessed. Then, the substitution for treated substrates of ferroelectric materials in the development of components such as switches, variable couplers and attenuators and microwave filters is considered.

Orientador: Rafael Zadorosny / Resumo: Do ponto de vista energético e de sustentabilidade, o estudo de materiais supercondutores se torna atraente pelo fato de possuírem resistividade elétrica nula. Dentre tais materiais, os mais adequados para aplicações como transporte eletrônico, limitadores de corrente entre outros, são os cerâmicos. Os supercondutores cerâmicos se destacam pelo fato de possuírem temperaturas críticas acima da temperatura do nitrogênio líquido, deixando assim, o processo de resfriamento mais viável economicamente. Em geral, a supercondutividade desses materiais reside nos planos de CuO. Dessa forma, pode-se supor que suas propriedades, tais como Tc e Jc, melhorarão com o aumento do número desses planos. Neste ínterim, no presente trabalho foram estudadas amostras de YBa2Cu3O7− X e Y3Ba5Cu8O18 sintetizadas pelo Método de Precursores Poliméricos Modificados e tratadas termicamente em diferentes temperaturas usando tanto forno convencional quanto forno de micro-ondas. O uso deste último se deve a dois motivos principais: (i) tentativa de diminuir o tempo de síntese e, consequentemente, o gasto com energia elétrica e (ii) o fato de que o CuO ser um excelente absorvedor de radiação de micro-ondas, o que provoca um aquecimento interno do material. Posteriormente, as amostras foram caracterizadas por DRX, MEV/EDX, TGA e transporte elétrico. Por tais resultados podemos concluir que o uso do forno de micro-ondas nos processos de calcinação é adequado, mas que as altas taxas de aquecimento e diminuto te... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the energetic and sustainability point of view, the superconductors are atractive materials mainly due to the fact that their resistivity is zero. The most adequate materials for applications in electronic transport, fault current limiters and so on are ceramic ones. They present critical temperatures above to that of the liquid nitrogen, which makes the cooling process much more reliable economically speaking. In general, is believed that the superconductivity resides on the CuO planes then, we can think that if the number of such planes were increased some of the properties of the material, as Tc and Jc, will increase too. In this interim, in the present work we produced samples of Y Ba2Cu3O7−X and Y3Ba5Cu8O18 following the Modified Polymeric Precursors method. They were heat treated at several temperatures using a conventional furnace and a domestic microwave oven. This last one was used due to two main reasons: (i) the decrease of the time of the calcination processes and, consequently, avoiding the electrical energy consumption and (ii) the fact that the CuO is an excelent microwave absorber assisting the internal heating of the material. The samples were characterized by XRD, SEM/DEX, TGA and electrical transport. With the results we can conclude that the microwave oven is suitable for calcination processes. However, due to the great heat rate and very small time for the sinterization process, the desired superconducting phase could not be formed. / Mestre

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:21:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borges_FabianoRodrigo.pdf: 3954935 bytes, checksum: fd0b1eeed8a2cd4e9566f172cdf86b81 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O trabalho mostra o desenvolvimento de um filtro na faixa de frequência de micro-ondas e sua construção usando ressoadores dielétricos de alta permissividade elétrica. A partir da definição matemática de uma função de transferência do tipo entrada-saída, que caracteriza um filtro, e do uso da teoria de síntese de redes, vista de um modo bastante simplificado, mostra-se como construir um circuito elétrico que realiza fisicamente a função de transferência do filtro. Em frequência de micro-ondas, contudo, elementos de parâmetros concentrados - resistores, indutores e capacitores - não se comportam como esperado, e a resposta de um circuito elétrico nesta frequência não é como a projetada. Para realizar fisicamente este circuito elétrico é necessário desenvolver conceitos eletromagnéticos, que passam pela definição de uma ferramenta importantíssima, chamada inversor de impedância, e seu equivalente acoplamento eletromagnético. Para restringir o trabalho, tratamos de filtros passa-faixa de banda estreita, o tipo mais comumente utilizado em aplicações de micro-ondas. A conversão do circuito elétrico obtido para um circuito constituído por elementos de parâmetros distribuídos é mostrada e fecha o ciclo teórico do trabalho. No campo de práticas experimentais de laboratório, medem-se parâmetros que permitem caracterizar o filtro eletromagnético obtido usando-se uma análise estatística rigorosa. Os resultados obtidos mostram que é possível partir de uma função matemática abstrata e chegar a um dispositivo de micro-ondas físico que provê a resposta projetada. Além disso, o uso de cerâmicas com permissividade elétrica elevada levou ao desenvolvimento de novas técnicas de alimentação para filtros do tipo projetado, e o requisito de ter-se uma grande banda de rejeição levou ao desenvolvimento de uma nova geometria para as cerâmicas usadas na construção do filtro. / Abstract: This work shows the development of a filter at microwave frequencies and its construction by means of dielectric resonators of high electric permittivity. Starting by the mathematical definition of a transfer function such as the kind input-output, which characterizes the filter, and the use of network synthesis theory, shown in a very simply way, one shows how to built an electric circuit that implements the filter's transfer function. At microwave frequencies, however, concentrated parameter elements - resistors, inductors and capacitors - do not behave as expected, and the output of an electric circuit at this frequency is not like the projected one. To implement this electric circuit, one needs to develop electromagnetic concepts, such as a very important tool, called impedance inverter, and its equivalent electromagnetic coupling. To restrain the scope of this work, we choose to develop bandpass filters of narrow bandwidth, the most common type used at microwave applications. The conversion from the electric circuit obtained for a circuit made by distributed parameter elements is shown and closes the theoretical cycle of this work. Regarding laboratory experimental practices, parameters are measured towards the characterization of the designed electromagnetic filter by means of a rigorous statistics analysis. The results obtained show that it is possible to begin with an abstract mathematical function and to end up with a microwave device that exhibits the designed response. Besides, the use of ceramics with high permittivity led to the development of new techniques for feeding the filters like the ones presented here, and the requirement of having a big stopband led to the development of a new geometry for the ceramics used to build the filter. / Universidade Estadual de Campi / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Las guías coaxiales se emplean frecuentemente en la alimentación e interconexión de un elevado número de dispositivos de microondas y ondas milimétricas utilizados en numerosas aplicaciones prácticas (filtros, diplexores, multiplexores, etc.). Por ello, la caracterización rigurosa y eficiente de la excitación coaxial de dispositivos implementados en tecnología guiada es un tema de investigación muy importante que ha sido tratado ampliamente en la literatura técnica. Sin embargo, el número de contribuciones que se dedican a investigar este tema desde un punto de vista multimodal es realmente reducido. El objetivo fundamental de este trabajo consiste en la caracterización multimodal eficiente de la excitación coaxial de dispositivos implementados en guía rectangular utilizando el método BI-RME (Boundary Integral - Resonant Mode Expansion) 3D. En concreto, en este trabajo se caracterizan dos tipos de configuraciones ampliamente utilizadas en la práctica: la excitación coaxial clásica, y la excitación coaxial en configuración colineal. Este último tipo de excitación se emplea comúnmente en los denominados filtros en configuración comb-line, los cuales también son objeto de investigación en el presente trabajo. En particular, se ha desarrollado una herramienta de análisis y diseño muy eficiente desde un punto de vista computacional que permite caracterizar de forma precisa este tipo de filtros. Otro de los objetivos del presente trabajo es el análisis y el diseño de uniones en guía rectangular compensadas con postes conductores de geometría cilíndrica utilizando la técnica BI-RME 3D. Las uniones diseñadas (codos rectos, uniones en T, uniones T mágica y uniones turnstile) presentan una respuesta eléctrica óptima y, además, el trabajo desarrollado demuestra que la posición relativa del poste en la estructura es un parámetro de diseño muy importante que no se había considerado previamente en la literatura técnica dedicada a este tema. / San Blas Oltra, ÁA. (2008). Análisis y diseño de dispositivos pasivos de microondas y milimétricas en guía de ondas con excitación coaxial [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8308 / Palancia