Military systems are often part of critical operations where unplanned downtime should be avoided at all costs. Using modern machine learning algorithms it could be possible to predict when, where, and at what time a fault is likely to occur which enables time for ordering replacement parts and scheduling maintenance. This thesis is a proof of concept study for anomaly detection in monitoring data, i.e., sensor data from a ground based radar system as an initial experiment to showcase predictive maintenance. The data in this thesis was generated by a Giraffe 4A during normal operation, i.e., no anomalous data with known failures was provided. The problem setting is originally an unsupervised machine learning problem since the data is unlabeled. Speculative binary labels are introduced (start-up state and steady state) to approximate a classification accuracy. The system is functioning correctly in both phases but the monitoring data looks differently. By showing that the two phases can be distinguished, it is possible to assume that anomalous data during break down can be detected as well.  Three different machine learning classifiers, i.e., two unsupervised classifiers, K-means clustering and isolation forest and one supervised classifier, logistic regression are evaluated on their ability to detect the start-up phase each time the system is turned on. The classifiers are evaluated graphically and based on their accuracy score. All three classifiers recognize a start up phase for at least four out of seven subsystems. By only analyzing their accuracy score it appears that logistic regression outperforms the other models. The collected results manifests the possibility to distinguish between start-up and steady state both in a supervised and unsupervised setting. To select the most suitable classifier, further experiments on larger data sets are necessary. / Militära system är ofta en del av kritiska operationer där oplanerade driftstopp bör undvikas till varje pris. Med hjälp av moderna maskininlärningsalgoritmer kan det vara möjligt att förutsäga när och var ett fel kommer att inträffa. Detta möjliggör tid för beställning av reservdelar och schemaläggning av underhåll. Denna uppsats är en konceptstudie för detektion av anomalier i övervakningsdata från ett markbaserat radarsystem som ett initialt experiment för att studera prediktivt underhåll. Datat som används i detta arbete kommer från en Saab Giraffe 4A radar under normal operativ drift, dvs. ingen avvikande data med kända brister tillhandahölls. Problemställningen är ursprungligen ett oövervakat maskininlärningsproblem eftersom datat saknar etiketter. Spekulativa binära etiketter introduceras (uppstart och stabil fas) för att uppskatta klassificeringsnoggrannhet. Systemet fungerar korrekt i båda faserna men övervakningsdatat ser annorlunda ut. Genom att visa att de två faserna kan urskiljas, kan man anta att avvikande data också går att detektera när fel uppstår.  Tre olika klassificeringsmetoder dvs. två oövervakade maskininlärningmodeller, K-means klustring och isolation forest samt en övervakad modell, logistisk regression utvärderas utifrån deras förmåga att upptäcka uppstartfasen varje gång systemet slås på. Metoderna utvärderas grafiskt och baserat på deras träffsäkerhet. Alla tre metoderna känner igen en startfas för minst fyra av sju delsystem. Genom att endast analysera deras noggrannhetspoäng, överträffar logistisk regression de andra modellerna. De insamlade resultaten demonstrerar möjligheten att skilja mellan uppstartfas och stabil fas, både i en övervakad och oövervakad miljö. För att välja den bästa metoden är det nödvändigt med ytterligare experiment på större datamängder.

The project main purpose is to design a prototypeof a leaky-wave antenna (LWA) which will serve as a basisto future manufacturing of a more advanced product withpotential use for an imaging radar system. The antenna consistsof Goubau line corrugations with rectangular radiation patches.Both configurations with longitudinal symmetric and glidesymmetric corrugations have been analyzed, paying specialattention to their dispersion diagrams. A parametric study ofthe dimensions of the structure has been conducted as well.Radiation patches have been added with different offsetingsbetween each other, in order to study the effect of the separationbetween patches to the radiation pattern. The frequencybeam scanning characteristic of the antenna is also shown.This antenna operates at a center frequency of 9.4 GHz, withan efficiency of 80 %. It scans over an approximate angle widthfrom -50 to 50◦ in a frequency range from 8.5 to 10.2 GHz.It has been modeled using CST Microwave Studio and Matlab. / Det huvudsakliga målet för projektet är att designa en prototyp av en läckvågsantenn (LWA) som ska verka som en grund för framtida tillverkning av mer avancerade produkter, med potentiell användning för radarsystem för bildtagning. Antennen består av en Goubau linje veckning med rektangulära strålningsflikar. Båda konfigurationerna med longitudinell symmetri och glid symmetri har analyserats. Förutom detta har en parameterstudie av dimensionerna av strukturen utförts. Strålningsflikar har blivit tillagda med olika förskjutningar mellan varandra, för att studera effekten av separationen mellan flikarna och strålningsmönstret. Egenskaperna hos antennens frekvensberoende skanning visas också. Denna antenn fungerar vid en centerfrekvens på 9.4 GHz, med en effektivitet på 80%. Den skannar över en ungefärlig vinkel från -50 till 50◦ över ett frekvensspann från 8.5 till 10.2 GHz. Detta har modellerats med CST Microwave Studio och Matlab. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm

[ES] La utilización de sistemas de microondas para aplicaciones de calentamiento está muy extendida, principalmente por su uso en el calentamiento doméstico. El volumen de ventas del horno de microondas doméstico refleja un dato curioso: es el electrodoméstico más vendido en el mundo cada año. Por ello, el coste de producción del elemento principal, el magnetrón, presenta unos márgenes de beneficio imbatibles. Sin embargo, los avances en la fabricación de generadores de RF de alta potencia de estado sólido han puesto de manifiesto no solo las limitaciones de los sistemas basados en magnetrón sino también las grandes ventajas de la tecnología de transistores. Actualmente, los amplificadores de potencia de estado sólido han alcanzado una madurez suficiente como para competir en eficiencia, coste y calidad de la onda generada con el magnetrón. Las principales ventajas de los transistores son un reducido tamaño, tensiones de alimentación bajas, un espectro puro en frecuencia, un mayor tiempo de vida y el control digital directo. Los sistemas de microondas con esta tecnología están siendo introducidos en el mercado desde hace diez años, aunque las aplicaciones reales que los utilizan son escasas. La principal razón es la falta de diseños de aplicadores específicos para sacar el máximo provecho a las fuentes de estado sólido. , por tanto, es éste el objetivo de la tesis doctoral. Los sistemas S2MH (Solid-State Microwave Heating) se presentan en esta disertación doctoral como una alternativa que ofrece un calentamiento mejorado. La posibilidad de seleccionar la frecuencia exacta, ajustar la potencia de salida y realizar barridos de fase de forma coherente con múltiples iluminadores proporcionan al sistema un control preciso del proceso de calentamiento. El resultado directo de éste es un calentamiento homogéneo y el uso de la tecnología de microondas en procesos de alto valor añadido y fuerte dependencia con la temperatura. Esta tesis doctoral presenta el trabajo realizado en el diseño y fabricación de dos sistemas S2MH: el primero es un horno estático versátil para diferentes procesos químicos, y el segundo un horno de transporte para el secado de almendras. Estos dos sistemas están formados por el SSMGS (Solid-State Microwave Generator System), que incluye cuatro amplificadores de estado sólido (SSPA) con una generación de la onda coherente, y el aplicador. Para el diseño del SSMGS se han tenido en cuenta los requisitos de potencia y frecuencia de cada aplicación. Se ha utilizado un SSMGS con cuatro PA de 250 W a 2,450 MHz para el horno de aplicaciones químicas, mientras que el secado de almendras necesita cuatro PA de 500 W a 915 MHz. Los dos sistemas de generación de microondas permiten un control individual o combinado de los parámetros de los cuatro módulos amplificadores, i.e., potencia, frecuencia y fase. Todo el proceso de diseño ha sido llevado a cabo mediante modelado multi-físico, poniendo un especial cuidado en las propiedades termofísicas y dieléctricas de los alimentos y soluciones acuosas que tienen una importante dependencia con la temperatura. El comportamiento completo del sistema aplicador se ha estudiado con estas herramientas. Tras la fabricación de los dos prototipos o pruebas de concepto (PoC), los resultados obtenidos presentan un comportamiento similar al modelo y muestran, además, prometedoras mejoras frente a los sistemas actuales. El sistema de aplicaciones químicas presenta mejoras en la distribución de campo, independientemente de la aplicación y la carga. Y el sistema de secado de almendras proporciona un mayor control sobre el proceso evitando la pérdida de material por sobrecalentamiento. / [CA] La utilització de sistemes de microones en aplicacions d'escalfament està molt estesa, principalment pel seu us en escalfament domèstic. El volum de ventes del forn de microones domèstic reflexa una informació curiosa: es l'electrodomèstic més venut anualment al món. Per això, el cost de producció del seu element principal, el magnetró, presenta uns marges de benefici imbatibles. No obstant això, els avanços en la fabricació de generadors de RF d'alta potencia d'estat sòlid han posat de manifest tant les limitacions dels sistemes basats en magnetró, com els grans avantatges de la tecnologia de transistors. Actualment, els amplificadors de potència d'estat sòlid son el suficientment madurs com per competir en eficiència, cost i qualitat de l'ona generada amb el magnetró. Els principals avantatges dels transistors son les dimensions reduïdes, tensions d'alimentació baixes, un espectre pur en freqüència, major temps de vida i el control digital directe. Els sistemes de microones amb aquesta tecnologia estan sent introduïts al mercat des de fa deu anys, malgrat les aplicacions reals son escasses. El principal motiu és la falta de dissenys de aplicadors específics per obtindré el màxim profit de les fonts d'estat sòlid. , por tanto, es éste el objetivo de la tesis doctoral. Els sistemes S2MH es presenten en esta dissertació doctoral com una alternativa que ofereix un escalfament millorat. La possibilitat de seleccionar la freqüència exacta, ajustar la potència d'eixida i realitzar un rastreig de fase de forma coherent amb molts il·luminadors proporcionen al sistema un control precís del procés d'escalfament. El resultat directe d'aquest es un escalfament homogeni i el us de la tecnologia de microones en processos d'alt valor afegit i alta sensibilitat a la temperatura. Aquesta dissertació doctoral presenta el treball realitzat en el disseny i fabricació de dos sistemes S2MH: el primer és un forn estàtic i versàtil per a diferent processos químics, i el segon es tracta d'un forn de transport per l'assecatge d'ametles. Tots dos sistemes estan formats pel SSMGS, que inclou quatre amplificadors d'estat sòlid (SSPA) amb generació coherent de l'ona, i l'aplicador. Per al disseny del SSMGS s'han tingut en compte els requisits de potència i freqüència de cada aplicació. S'ha utilitzat un SSMGS amb quatre PA de 250 W a 2,450 MHz per al forn d'aplicacions químiques, mentre que per al d'assecat d'ametla es necessita quatre PA de 500 W a 915 MHz. Ambdós sistemes de generació de microones permeten un control individual o combinat dels paràmetres dels quatre mòduls amplificadors, i.e., potència, freqüència i fase. Tot el procés de disseny ha sigut realitzat amb l'ajuda del modelat multi-físic, prestant una especial atenció a les propietats termofísiques i dielèctriques dels aliments i solucions aquoses, que tenen una important dependència de la temperatura. El comportament complet del sistema aplicador ha sigut estudiat amb estes ferramentes digitals. Després de la fabricació dels dos prototips o proves de concepte (PoC), els resultats obtinguts presenten un comportament similar al model i, a més a més, mostren millores prometedores front als sistemes actuals. El sistema d'aplicacions químiques presenta millores en la distribució de camp, independentment de l'aplicació i la càrrega. I el sistema d'assecatge d'ametlles proporciona un major control sobre el procés, evitant la pèrdua de material per sobreescalfament. / [EN] Microwave systems are widely used for heating applications, mainly domestic food heating. The microwave oven sales figures place it as the first domestic appliance, giving its core element, the magnetron, an unbeatable production cost margin. However, recent improvements in RF high-power generator manufacturing have pointed out not only the limitations of these systems based on the magnetron but also the main benefits of the transistors technology. Nowadays, solid-state power amplifiers are mature enough to compete in efficiency, cost and quality with the magnetron. Transistors' main benefits are their reduced size, low operation voltages, pure frequency spectrum, lifetime, and straightforward digital control. Microwave systems based on solid-state power amplifiers have been recently introduced, although the real applications making use of them are rare. The main issue is the lack of applicator designs for specific solid-state sources that fully exploit the mentioned advantages; therefore, this is the main objective of the present PhD thesis. Solid-State Microwave Heating (S2MH) systems are presented in this PhD dissertation as an alternative that offers enhanced heating. Fine frequency selection, adjustable output power and coherent phase sweep in multiple outputs provide the system with accurate control over the heating process. The direct outcome of this control is the production of homogeneous heating and the application of microwave technology into high-added-value temperature-sensitive processes. The complete design and manufacture of two S2MH systems have been carried out and presented in this PhD thesis. The two designed systems are a multi-process chemical lab batch oven and an almond drying conveyorized oven. These two systems are composed of the Solid-State Microwave Generator System (SSMGS), consisting of four Solid-State Power Amplifiers (SSPA) with coherent wave generation, and the applicator. The design of the SSMGS has been carried out according to the power and frequency requirements of the application. A 4 x 250 W SSPA at 2,450 MHz SSMGS has been used for the chemical processes oven, while the almond drying application needs 4 x 500 W SSPA at 915 MHz. Both SSMGS allow the individual or combined digital control of the parameters of the four amplifying modules, i.e., power, frequency and phase. Multiphysics modelling has been thoroughly studied with special attention to the temperature-dependent thermophysical and dielectric properties of food and liquid solutions. The overall applicators' behaviour has been analysed with this tool. After completing the two PoC (Proof of Concept), the results show good agreement with the models. Both PoCs have shown promising improvements to the current state-of-the-art systems. The chemical applications PoC shows electromagnetic field distribution improvements, independent of the application or load. On the other hand, the almonds drying system provides increased control over the process avoiding material losses through overheating. / Santón Pons, P. (2022). Design and Development of a Multi-Frequency System for Microwave Heating [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191326

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: A well-known problem with FM-CW radar systems is the leakage of transmitter power into the receiver which leads to the making of close-in targets, and can severely limit the system dynamic range performance. This thesis considers two solutions to this radar system problem for a low frequency radar operating in the VHF band. The first method to suppress coupling is using separate transmit and receive antennas designed in such a way as to reduce coupling between them. The second is to design a negative feedback loop as part of the radar receiver where the feedback loop adaptively reduces the amount of transmitter leakage through to the receiver. This project details the realisation of these two solutions. A number of antenna designs are modelled in software and simulated to determine their characteristics of which the transmit-to-receive coupling is the key parameter. As no low coupling configuration could be found a simple configuration is chosen and practical measurements are taken. These antennas are then used in the radar system that is to be built. An FM-CW radar system is designed and simulated using software with a negative feedback loop being designed and implemented into the radar simulation. A practical radar system is then made inclusive of the feedback loop. Measurements are then taken to determine the efficacy of the feedback loop. / AFRIKAANSE OPSOMMING: ʼn Bekende probleem met FM-CW radar stelsels is die lekkasie van versender krag tot in die ontvanger wat lei tot die maak van nabye teikens en kan die stelsel se dinamiese sendbereik steng beperk. Hierdie tesis oorweeg twee oplossings tot hierdie probleem vir ʼn lae frekwensie radar wat in die VHF band werk. Die eerste metode wat na gekyk word om die koppeling te onderdruk is om die twee antennas van die radar stelsel so te ontwerp sodat die hoeveelheid koppeling tussen hulle verminder is. Die tweede is om ʼn negatiewe terugvoerlus as deel van die ontvanger te ontwerp. Hierdie terugvoerlus sal die versender lekkasie sein aanpassend in die ontvanger verminder. In hierdie projek word die realisering van bogenoemde oplossings uiteengeset. ʼn Paar verskillende antenna ontwerpe word gemodelleer in sagteware en word gesimuleer om hul karakteristieke te bepaal. Die belangrikste van hierdie faktore is die versender na ontvanger koppeling. Sienend dat geen ontwerp met ʼn lae genoeg koppeling gevind kon word nie, is ʼn eenvoudige ontwerp gekies en praktiese metings daarvan geneem. Hierdie antennas word dan gebruik in die radar stelsel wat gebou sal word. ʼn FM-CW radar stelsel word ontwerp en gesimuleer in sagteware. Die negatiewe terugvoerlus word ook ontwerp en geïmplementeer in die radar simulasie. ʼn Praktiese radar stelsel word dan gemaak insluitend die terugvoerlus. Metings word dan geneem om die effektiwiteit daarvan te bepaal.

Au cours des deux dernières décennies, les signaux chaotiques ont été de plusen plus pris en compte dans les télécommunications, traitement du signal ou transmissionssécurisées. De nombreux articles ont été publiés qui étudient la densitéspectrale de puissance (DSP) des signaux générés par des transformations spécifiques.La concentration sur la DSP est due à l’importance de la fréquence dans lestélécommunications et la transmission sécurisée. Grâce au grand nombre de systèmessans fil, la disponibilité des fréquences de transmission et de réception est de plus enplus rare pour les communications sans fil. Aussi, les médias guidés ont des limitationsliées à la bande passante du signal. Dans cette thèse, nous étudions certainespropriétés associées à la bifurcation collision de frontière pour une transformationunidimensionnelle linéaire par morceaux avec trois pentes et deux paramètres. Nouscalculons les expressions analytiques de l’autocorrélation et de la densité spectralede puissance des signaux chaotiques générés par les transformations linéaires parmorceaux. Nous montrons l’existence d’une forte relation entre les différents typesde densité spectrale de puissance (passe-bas, passe-haut ou coupe-bande) et les paramètresde bifurcation. Nous notons également en évidence une relation entre le typede spectre et l’ordre des cycles attractifs. Le type du spectre dépend de l’existencedes orbites périodiques au-delà de la bifurcation de collision de frontière qui a donnénaissance au chaos. Nous utilisons ensuite les transformations chaotiques pour étudierla fonction d’ambiguïté. Nous combinons quelques transformations chaotiquesbien déterminées pour obtenir un spectre large bande avec une bonne fonction d’ambiguïtéqui peut être utilisée en système radar / During the two last decades, chaotic signals have been increasingly consideredin telecommunications, signal processing or secure transmissions. Many papers haveappeared which study the power spectral density (PSD) of signals issued from somespecific maps. This interest in the PSD is due to the importance of frequency in thetelecommunications and transmission security. With the large number of wirelesssystems, the availability of frequencies for transmission and reception is increasinglyuncommon for wireless communications. Also, guided media have limitations relatedto the bandwidth of a signal. In this thesis, we investigate some properties associatedto the border-collision bifurcations in a one-dimensional piecewise-linear map withthree slopes and two parameters. We derive analytical expressions for the autocorrelationsequence, power spectral density of chaotic signals generated by our piecewiselinearmap. We prove the existence of strong relation between different types of thepower spectral density (low-pass, high-pass or band-stop) and the parameters. Wealso find a relation between the type of spectrum and the order of attractive cycleswhich are located after the border collision bifurcation between chaos and cycles.We use the chaotic transformations to study the ambiguity function. We combinesome chaotic transformations well determined to obtain a broadband spectrum witha good ambiguity function that can be used in radar systems

De nombreuses applications civiles et militaires (faisceaux hertziens, futurs réseaux mobiles, communications par satellite, radars automobiles, systèmes d’imagerie haute résolution) nécessitent des antennes à faisceau reconfigurable (dépointage de faisceau, faisceaux multiples, faisceaux formés). Les antennes à réseaux transmetteurs apparaissent comme une alternative aux réseaux phasés classiques ou aux réseaux réflecteurs pour ces applications. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la faisabilité de réseaux reconfigurables fabriqués avec des technologies standards en bande Ka (20-30 GHz). Divers cellules élémentaires utilisant des diodes p-i-n et fonctionnant en polarisation linéaire ou circulaire ont été conçues, optimisées et caractérisées. Les mesures en guide d’onde montrent des pertes minimales de 1,09 dB à 29,0 GHz et une bande passante à 3 dB de 14,7%. Une méthode de simulation hybride a été développée afin d’analyser efficacement des réseaux de grandes dimensions utilisant des rotations séquentielles d’éléments pour optimiser la qualité de polarisation et les diagrammes de rayonnement. Un réseau de 400 cellules élémentaires fonctionnant en polarisation circulaire a été réalisé et testé en chambre anéchoïque. Un dépointage électronique de ±60° et la possibilité de commuter entre les deux polarisations circulaires (droite/gauche) ont été démontrés. / Several civil and military applications (hertzian beams, satellite communications, automotive radars, high resolution imaging systems) require antennas with reconfigurable beam capabilities (beam-scanning, beamshaping, multiple beam generation). Transmitarray antennas are good candidates and represent an alternative to classical phased arrays or reflect-arrays for these applications. The main objective of this thesis is to demonstrate the feasibility of reconfigurable transmitarrays fabricated with standard technologies in Ka-band (20-30 GHz). Different unit-cell designs based on p-i-n diodes have been developed to work in linear and circular polarization. Their optimization and experimental characterization have been performed. Waveguide measurements show insertion losses of 1.09 dB at 29.0 GHz with a 3-dB bandwidth of 14.7%. A hybrid simulation technique has been developed in order to analyze efficiently large transmitarrays in which the sequential rotation technique has been applied to optimize the polarization quality and the radiation patterns. A 400-elements transmitarray operating in circular polarization has been realized and tested in anechoic chamber. A beam-scanning angular coverage of ±60° and circular polarization selection (left/right) have been demonstrated.