As Internet of Things (IoT) technology continues to become more commonplace, demand for self-sustainable and low-power networking schemes has increased. Future IoT devices will require a ubiquitous energy source and will need to be capable of low power communication. RF energy can be harvested through ambient or dedicated RF sources to satisfy this energy demand. In addition, these RF signals can be modified to convey information. This thesis surveys a variety of RF energy harvesting methods. A new low complexity energy harvesting system (circuit and antenna) is proposed. Low power communication schemes are examined, and low complexity and efficient transmitter designs are developed that utilize RF backscattering, harmonics, and intermodulation products. These communication schemes operate with minimal power consumption and can be powered solely from harvested RF energy. The RF energy harvester and RF-powered transmitters designs are validated through simulation, prototyping, and measurements. The results are compared to the performance of state-of-the-art devices described in the literature. / Master of Science / Future devices are expected to feature high levels of interconnectivity and have long lifetimes. RF energy from dedicated power beacons or ambient sources, such as Wi-Fi, cellular, DTV, or radio stations can be used to power these devices allowing them to be battery-less. These devices that harvest the RF energy can use that energy to transmit information. This thesis develops various methods to harvest RF energy and use this energy to transmit information as efficiently as possible. The designs are verified through simulation and experimental results.

Precise and robust positioning through Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is instrumental to a wide gamut of modern systems. The integrity of GNSS signals is increasingly compromised by Radio Frequency (RF) interference, presenting a substantial threat to the performance of GNSS receivers. This vulnerability is of particular concern for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), whose critical functionalities depend heavily on reliable GNSS positioning. Given their complex designs and high maneuverability, UAVs present a distinctive and powerful platform for the exploration and mitigation of GNSS RF interference. This work investigates two complementary but related aspects: (i) the detection of internal RF interference with the GNSS receiver and (ii) the localization of external RF interference sources, utilizing the advanced capabilities of UAV platforms. The detection methodology (i) synthesizes insights from existing literature by selecting RF interference detection methods compatible with observables from standard GNSS receivers. It also innovatively employs ideal spectral masks to estimate the impact of interference. In addition, the localization methodology (ii) introduces a novel UAV-centric technique that leverages the characteristics of GNSS antennas and UAV maneuverability. A concept of radiation heatmap has been developed to transform the antenna’s radiation pattern into a heatmap, indicating a possible bearing toward an RF interference source. Subsequently, a concept of triangular intersection is introduced to fuse multiple radiation heatmaps into a single localization heatmap, indicating the locations of interfering transmitters. Through this work, a comprehensive framework has been established, allowing UAVs equipped with GNSS receivers to detect internal interference and localize external RF interference sources. This dual approach contributes significantly to the monitoring of the GNSS spectrum and enhances the performance of GNSS-dependent applications. / Exakt och robust positionering genom Globala Navigationssatellitsystem (GNSS, från engelskans Global Navigation Satellite Systems) är avgörande för en mångfald av moderna system. Integriteten hos GNSS-signaler hotas alltmer av interferens från radiofrekvenser (RF, från engelskans Radio Frequency), vilket utgör ett betydande hot mot prestandan hos GNSS-mottagare. Denna sårbarhet är särskilt bekymmersam för obemannade luftfartyg (UAV, från engelskans Unmanned Aerial Vehicle), vars kritiska funktioner är starkt beroende av tillförlitlig GNSS-positionering. Med tanke på deras komplexa konstruktioner och höga manövrerbarhet utgör UAV:er en distinkt och kraftfull plattform för utforskning och mitigering av GNSS RF-interferens. Detta arbete undersöker två kompletterande men relaterade aspekter: (i) detektion av intern RF-interferens i GNSS-mottagaren och (ii) lokalisering av externa källor till RF-interferens, med användning av avancerade UAVplattformar. Metoden för detektion (i) syntetiserar insikter från befintlig litteratur genom val av metoder för upptäckt av RF-interferens som är kompatibla med observerbar data från standarden för GNSS-mottagare. Den använder dessutom “ideala spektralmasker” (från engelskans “ideal spectral masks”) innovativt för att uppskatta interferensens påverkan. Dessutom introducerar lokaliseringstekniken (ii) en ny UAV-centrerad teknik som utnyttjar egenskaperna hos GNSS-antenner och UAV:ers manövrerbarhet. Ett koncept för strålningsvärmekarta har utvecklats för att omvandla antennens strålningsmönster till en värmekarta, vilket indikerar en möjlig riktning mot en källa till RF-interferens. Därefter introduceras ett koncept för triangulär skärning för att sammanfoga flera strålningsvärmekartor till en enskild lokalisationsvärmekarta, vilket indikerar placeringen av störande sändare. Genom detta arbete har ett omfattande ramverk etablerats, vilket möjliggör för UAV:er utrustade med GNSS-mottagare att upptäcka intern interferens samt lokalisera externa källor till RF-interferens. Denna dubbla strategi bidrar avsevärt till observationen av GNSS-spektrumet och förbättrar prestandan för GNSS-beroende applikationer. / Presné a robustné určovanie polohy pomocou globálnych navigačných satelitných systémov (GNSS, z angl. Global Navigation Satellite System) je kľúčové pre široké spektrum moderných systémov. Integrita signálov GNSS je čoraz viac ohrozovaná vysokofrekvenčnou elektromagnetickou (RF, z angl. Radio Frequency) interferenciou, čo predstavuje významnú hrozbu pre výkonnosť prijímačov GNSS. Táto zraniteľnosť je obzvlášť znepokojujúca pre bezpilotné lietadlá (UAV, z ang. Unmanned Aerial Vehicle), ktorých kritické funkcionality sú vo veľkej miere závislé od spoľahlivého určenia polohy. Vzhľadom na ich zložitý dizajn a vysokú manévrovateľnosť, UAV predstavujú výnimočnú a bohatú platformu pre skúmanie a mitigáciu RF interferencie. Táto práca skúma dva komplementárne, ale súvisiace aspekty: (i) detekciu vnútornej RF interferencie s využitím prijímača GNSS a (ii) lokalizáciu zdrojov vonkajšej RF interferencie s využitím pokročilých schopností UAV platformy. Metodika detekcie (i) syntetizuje poznatky z existujúcej literatúry výberom metód detekcie RF interferencie, ktoré sú kompatibilné s pozorovaniami zo štandardných prijímačov GNSS. Taktiež inovatívne využíva ideálne spektrálne masky na odhad vážnosti vplyvu interferencie. Okrem toho, metodika lokalizácie (ii) predstavuje nový prístup zameraný na UAV, využívajúci charakteristiku antén GNSS a manévrovateľnosť UAV. V rámci tejto práce bol vyvinutý koncept radiačnej teplotnej mapy, ktorý transformuje radiačný vzor antény na teplotnú mapu, indikujúcu smer k možnému zdroju RF interferencie. Následne bol predstavený koncept trojuholníkovej priesečnosti, spájajúci viaceré radiačné teplotné mapy do jednej lokalizačnej teplotnej mapy, indikujúcej polohy rušiacich vysielačov. Prostredníctvom tejto práce bol vytvorený komplexný rámec, umožňujúci UAV, ktoré sú vybavené prijímačmi GNSS, detekovať vnútornú interferenciu a lokalizovať zdroje vonkajšej RF interferencie. Tento duálny prístup významne prispieva k možnosti monitorovania GNSS spektra a zvyšovania výkonnosti aplikácií závislých od GNSS.

Yes / Individual radial frequency (RF) patterns are generated by modulating a circle's radius as a sinusoidal function of polar angle and have been shown to tap into global shape processing mechanisms. Composite RF patterns can reproduce the complex outlines of natural shapes and examining these stimuli may allow us to interrogate global shape mechanisms that are recruited in biologically relevant tasks. We present evidence for a global shape aftereffect in a composite RF pattern stimulus comprising two RF components. Manipulations of the shape, location, size and spatial frequency of the stimuli revealed that this aftereffect could only be explained by the attenuation of intermediate-level global shape mechanisms. The tuning of the aftereffect to test stimulus size also revealed two mechanisms underlying the aftereffect; one that was tuned to size and one that was invariant. Finally, we show that these shape mechanisms may encode some RF information. However, the RF encoding we found was not capable of explaining the full extent of the aftereffect, indicating that encoding of other shape features such as curvature are also important in global shape processing. / This research was supported by a Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) grant #BB/L007770/1.

Le sujet de recherche prévoit l'amélioration des performances des inductances actives de type TOSI (transistor only simulated inductor), réalisées en technologie CMOS pour des applications de filtrage RF. Ces structures montrent de bien meilleures performances que les filtres classiques Gm–C par le petit nombre de transistors, la consommation d'énergie, la bande de fréquence et la surface du circuit intégré. En outre, les architectures TOSI peuvent être utilisées pour d'autres applications potentielles, comme les amplificateurs LNA et oscillateurs (VCO ou CCO). Dans le contexte du trend multi-standard suivi par les circuits de télécommunications (notamment sans fil), les filtres RF basés sur le concept TOSI offrent la possibilité de mise en œuvre des dispositifs accordables. pour répondre aux exigences des normes de télécommunications, la mise en œuvre des filtres d'ordre élevé est indispensable. Dans ce cas, l'utilisation de cellules de deuxième ordre est une question cruciale. Nos contributions les plus importantes présentées dans cette thèse consistent en un nouveau principe de réglage presque indépendamment de la fréquence de résonance et son facteur de qualité mais aussi sont proposées deux architectures de l'inductance TOSI avec une réponse améliorée en fréquence. D'autres résultats sont en cours de validation expérimentale. Nos travaux ont donné lieu à 12 articles publiés dans des revues prestigieuses ou présentés lors de conférences et workshops internationaux. En plus de ces aspects innovateurs, nous présentons dans ce mémoire un large descriptif des architectures des émetteurs-récepteurs sans fil utilisés pratique et un état de l'art des technologies et performances d'inductances TOSI proposées en technologie CMOS. / The scope of this thesis is to propose solutions to improve the performances of the CMOS transistor only simulated inductors (TOSI) aiming RF filtering applications. We are interested in TOSI architectures because they prove better performances than the classical gm–C filters, being superior with respect to the number of transistors, power consumption, frequency capability and chip area. Furthermore, TOSI architectures have many potential applications in RF design. In the general context of the multi–standard trend followed by wireless transceivers, TOSI based RF filters may offer the possibility of implementing reconfigurable devices. However, satisfying the telecommunications requirements is not an easy task therefore high order TOSI based filters should be implemented. Consequently, using good second order TOSI cells is a matter of the utmost importance and we propose a novel quality factor tuning principle which offers an almost independent tuning of self resonant frequency and quality factor for simulated inductors. An improved TOSI architecture with increased frequency capability is also reported.

Gas phase kinetics of the reactions involving hydroxyl radical and hydrogen atom were studied using experimental and ab initio theoretical techniques. The rate constant for the H + H2S reaction has been measured from 298 to 598 K by the laser photolysis/resonance fluorescence (LP-RF) technique. The transition state theory (TST) analysis coupled with the measurements support the suggestion that the reaction shows significant curvature in the Arrhenius plot. The LP-RF technique was also used to measure the rate constant of the H + CH3Br reaction over the temperature range 400-813 K. TST and density functional theory (DFT) calculations show that the dominant reaction channel is Br-abstraction. The reaction H + CF2=CF-CF=CF2 was first studied by flash photolysis/resonance fluorescence (FP-RF) method. The experiments of this work revealed distinctly non-Arrhenius behavior, which was interpreted in terms of a change in mechanism. DFT calculations suggest that the adduct is CF2H-CF•-CF=CF2. At lower temperatures a mixture of this molecule and CF2•-CFH-CF=CF2 is likely. The theoretical calculations show that H atom migrates in the fluoroethyl radicals through a bridging intermediate, and the barrier height for this process is lower in the less fluorinated ethyl radical. High level computations were also employed in studies of the rate constants of OH + chloroethylenes reactions. VTST calculations indicate that, except the reaction of OH + C2Cl4, these reactions present a complex behavior. For OH + C2Cl4, conventional TST calculation shows a simple positive temperature-dependence behavior.

Le développement de la radiocommunication sans fil et notamment, son explosion sur le marché grand public, a été rendu possible grâce au progrès du secteur de la microélectronique. En effet, l’intégration toujours croissante de fonctions au sein d’une même puce a permis le développement de ces nouvelles technologies basses consommations et à un moindre coût. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de ces deux caractéristiques (faible coût et faible consommation). Nous avons donc développé deux solutions innovantes d’architectures radiofréquences : « half-complex » et « full-complex » en technologie CMOS. En effet, cette technologie représente la meilleure alternative car elle permet l’implémentation de fonctions RF analogique et numérique sur une même puce réduisant ainsi le coût du système. / Le développement de la radiocommunication sans fil et notamment, son explosion sur le marché grand public, a été rendu possible grâce au progrès du secteur de la microélectronique. En effet, l’intégration toujours croissante de fonctions au sein d’une même puce a permis le développement de ces nouvelles technologies basses consommations et à un moindre coût. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de ces deux caractéristiques (faible coût et faible consommation). Nous avons donc développé deux solutions innovantes d’architectures radiofréquences : « half-complex » et « full-complex » en technologie CMOS. En effet, cette technologie représente la meilleure alternative car elle permet l’implémentation de fonctions RF analogique et numérique sur une même puce réduisant ainsi le coût du système.

La synthèse de fréquences est une fonction largement utilisée dans les émetteur-récepteurs radios. En général, la fonction synthèse de fréquence est réalisée à l’aide d’une boucle à verrouillage de phase utilisant des diviseurs de fréquence numériques. Cette thèse présente un nouveau type de diviseur de fréquence faisant appel à des mémoires D et son application à la synthèse de fréquences. Ce nouveau diviseur permet de repousser les limites des diviseurs numériques classiques à bascules D, en matière de fréquence maximale de fonctionnement et de consommation, tout en conservant leur souplesse d’utilisation. La première partie de cette thèse présente les techniques usuelles de réalisation des synthèses de fréquence et des diviseurs de fréquences, ainsi que le nouveau diviseur SRO à base de mémoires D, sujet de ces travaux. Une étude détaillée de ce diviseur est réalisée avec un premier modèle utilisant une approche numérique, puis un second plus réaliste faisant appel à une modélisation de type analogique. Cette étude démontre que ce nouveau diviseur SRO est capable de fonctionner à une fréquence plus élevée ou avec une consommation moindre, tout en réalisant les mêmes facteurs de division, que les diviseurs classiques à bascules D. La dernière partie de cette thèse présente plusieurs implémentations en technologies CMOS et BiCMOS de ST Microelectronics du diviseur SRO. En particulier son implémentation dans deux synthétiseurs de fréquences fractionnaires à 24 GHz montre son intérêt de part la réduction significative de consommation obtenue, tout en conservant une structure simple utilisant une surface de silicium réduite / Frequency synthesis is almost used in all RF transceivers, where this function is usually achieved by using phase-locked-loop circuits. Most often, the phase-locked-loop includes digital frequency dividers in the feedback that present high power dissipation and low maximum frequency at gigahertz frequencies. This thesis presents a versatile new D latch-based divider that improves these issues and its application to frequency synthesis. The first part presents several frequency synthesis techniques and theirs main characteristics. Then is described various classical frequency dividers and the proposed new D latch-based SRO divider. A detailed study of the SRO divider is presented with two approaches, the digital one and the analogue one. This study demonstrates the benefit of the SRO divider in terms of power dissipation and speed compared with the widely used D flip-flop based dividers. The last part presents several implementations of the SRO divider in CMOS and BiCMOS processes of ST Microelectronics. Particularly, the SRO divider was implemented in two 24 GHz fractional synthesizers, where it demonstrates its interest for reduction of power dissipation while using small silicon area.

Diploma Thesis Abstract - The President of the Russian Federation This diploma thesis was written during my study stay in the Russian Federation. When I started working on the thesis, the outside temperature was well below 20 degrees Celsius and, by the time I was finished, the temperatures reached over 30 degrees Celsius. The thesis is based exclusively on sources in Russian, which I could access in the library of the Faculty of Law of the Saint Petersburg State University. The aim was to address the concept of the head of a state in general and, subsequently, to define the basic status of the president of the Russian Federation (RF) from the viewpoint of constitutional laws. The contents of the thesis can be summarised as follows: The head of the state plays two roles in the Russian constitutional system. Firstly, it is the role of an official entrusted with the task of uniting the RF, co-ordinating the activities of individual public authorities, representing the united voice of Russia both on the international political arena and within the country, and determining the general course of the Russian policy. This part of the president's role is paramount and we can even say that, in the RF, it is rampant. It justifies the calls for the establishment of a separate branch within the separation of powers -...

La dernière décennie à vu l’explosion des technologies de communication sans fils. Les normes se sont multipliées de sorte que les fonctionnalités GSM, GPS, WIFI, Bluetooth et autres cohabitent parfois au sein du même terminal. Les réseaux de capteurs (Wireless area network WSN) incluant les réseaux de capteur WPAN (Wireless Personnel Area Network) seront amenés à jouer un rôle important dans l’environnement de demain au même titre que les normes sans fils grand public que nous venons de mentionner. Le déploiement de ces capteurs à grande échelle a été rendu possible par la réduction du coût de leur fabrication via la miniaturisation des procédés de fabrication propres à la technologie CMOS. Cependant, la consommation énergétique de ces circuits doit être très réduite permettant ainsi de fonctionner dans le cas où ces mêmes capteurs sont associés à une batterie compacte embarquée de durée de vie réduite. A défaut il serait nécessaire de pouvoir se contenter de l’énergie récupérable - en quantité limité - disponible dans l'environnement direct de ces capteurs. Cette contrainte de consommation électrique réduite ainsi que la nécessité de profiter au maximum de la miniaturisation du procédé CMOS amène à considérer la conception de circuits radio sous l'angle du faible encombrement surfacique et de la consommation statique la plus faible possible. Ces contraintes sont parfois contradictoires avec les architectures classiques connues de ces circuits radio constituants les capteurs déployés.es travaux présentés dans le cadre de cette thèse s’attachent à proposer des solutions afin de répondre à ces critères de consommation et de coût. Nous nous sommes intéressés au cas des amplificateurs faible bruit (Low Noise Amplifier – LNA) et à la possibilité de réaliser ce composant critique pour le lien RF sans utiliser d’inductance intégrées tout en limitant au maximum la consommation électrique. Plusieurs solutions innovantes ont été étudiées afin de répondre à cet objectif. Ces travaux nous ont conduit à la réalisation de plusieurs prototypes de circuits en technologie CMOS 65nm et 130nm qui permettent de comprendre les limites et les avantages d’une telle approche. La première partie présentera une première approche consistant à émuler une inductance à l’aide de composants actifs et ainsi à résoudre le problème de l’encombrement propre au inductance passives. Nous verrons en quoi cette approche peut présenter des limites pratiques pour une application radio. La seconde partie présentera la réalisation d’un LNA très basse consommation et large bande qui n’utilise pas d’inductance et présentant des performances améliorées vis à vis des topologies connues de LNA à faible consommation. Nous conclurons ensuite par les perspectives ouvertes suite à ces travaux et les autres approches possibles pour répondre aux contraintes de la basse consommation et du faible coût. / During the past decade the intense development of wireless technologies standard such as WIFI, GSM or Bluetooth reshaped the connectivity environment of any technology customers Among those standards, Wireless Sensor Networks (WSN) and Wireless Personal Area Network (WPAN) are expected to play a key role in our future environments. The large scale spreading of such sensors has been enabled through the strong cost optimization of modern CMOS technologies. The autonomy improvement of such sensor is however a primary concern to allow any kind of remote operation within the limitation of battery life. Even though the emerging energy harvesting domain offer energy friendly environments for such sensor, the electrical autonomy remain as a tight challenge to address. Those requirements of autonomy along with the context of CMOS technology development pushes sometimes fundamental contradictions between circuit's miniaturization and decreased power consumption. In this work, we propose solutions to address simultaneously those autonomy-miniaturization requirements. The study presented here is focused on Low Noise Amplifiers (LNA) and more precisely on the specific case of inductorless design of LNA. Several innovative solutions has been proposed and realized in 65nm & 130nm CMOS technologies in order to highlight the pros and the cons of such design approach. First part of this work is focused on the design of an active inductance to address the area occupation of narrow band system using inductors. We'll explain why such approach rises fundamental limits for radio application. Second part details the design of an ultra low power broadband LNA without inductors. The proposed circuits enable significant improvement in performance tradeoffs for such low power consumption in comparison with known design techniques. We will conclude with general perspectives and other possible design approaches.

Técnicas de aquisição paralelas e hardware dedicados vem sendo desenvolvidos desde a década de 1980 para reduzir o tempo de aquisição de imagens via ressonância magnética (IRM). Uma bobina do tipo phased array é um dispositivo do tipo receptor, que usa múltiplas bobinas (canais) cada qual com seu próprio circuito de detecção para adquirir simultaneamente os sinais que formam uma imagem ou espectro via IRM. Exemplos de técnica de imagem paralela que usa bobinas tipo phased array são Sensitivy Enconding (SENSE) e GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition (GRAPPA). Sampled array é o nome de um método proposto neste trabalho em que cada canal de uma bobina multicanal é responsável por adquirir de forma independente o sinal da sua amostra de modo que cada sinal de amostra é endereçado ao seu canal específico. Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de uma bobina phased array de quatro canais para anatomia de cabeça de rato usando circuito impresso flexível para operar em um sistema de IRM pré-clínico de 2T com objetivo de validar o método de construção e uso de circuito flexível como bobina de recepção. Também desenvolvemos uma bobina de quatro canais para realizar simultaneamente a imagem de quatro sementes na mesma varredura para validar o método Sampled Array com objetivo de melhorar a qualidade da imagem e simultaneamente acelerar experimentos de múltiplas amostras. Os resultados mostram que a bobina de circuito impresso phased array, em comparação com uma bobina de enrolamento de fio regular, forneceu uma boa relação sinal / ruído (RSR) e possui geometria mais adequada à anatomia por ser flexível. Além disso, o processo de fabricação da bobina seja facilitado desde que toda a bobina é construída como um protótipo de circuito impresso. Os bons resultados da bobina sampled array mostraram o método como promissor para imageamento de múltiplas amostras com aumento de RSR e diminuição de tempo de experimentos em relação ao uso de bobinas de canal único. / Parallel techniques and dedicated hardware has been developed since the 1980s to reduce acquisition time on Magnetic Resonance Imaging (MRI) scanners. A phased array is a receiver only mode device concept, which uses multiple channels (coils) with their own detection circuits to simultaneously acquire MRI or localized spectroscopic signals. An example of parallel imaging technique that uses phased array coils is Sensitivy Enconding (SENSE). Sampled array is the name proposed in this work for a method in which each channel of a multichannel coil is responsible to acquire independently the signal from its sample so that each sample signal is addressed to its specific channel. In this work, we describe the development of a four-channel phased array coil for rat head anatomy using flexible printed circuit board (PCB), to operate on a 2T pre-clinical MRI scanner to validate the construction method and usage of flexible PCB as a receiver coil. We also developed a four-channel sample array coil to simultaneously perform the imaging of four seeds at the same scan, to validate the proposed method to improve image quality at the same time accelerating multiple seed imaging for agriculture studies. The results show that phased array PCB coil as compared to a regular wire winding coil provide good signal-to-noise ratio (SNR) imaging with more adequate geometry to the anatomy by being flexible. In addition, the coil manufacturing process is facilitated since the entire coil is constructed as a PCB prototype. The sample array imaging showed as a promising method for multiple sample increasing SNR and time to do experiments.