[ES] En los últimos años, la fotónica integrada programable ha evolucionado desde considerarse un paradigma nuevo y prometedor para implementar la fotónica a una escala más amplia hacia convertirse una realidad sólida y revolucionaria, capturando la atención de numerosos grupos de investigación e industrias. Basada en el mismo fundamento teórico que las matrices de puertas lógicas programables en campo (o FPGAs, en inglés), esta tecnología se sustenta en la disposición bidimensional de bloques unitarios de lógica programable (en inglés: PUCs) que -mediante una programación adecuada de sus actuadores de fase- pueden implementar una gran variedad de funcionalidades que pueden ser elaboradas para operaciones básicas o más complejas en muchos campos de aplicación como la inteligencia artificial, el aprendizaje profundo, los sistemas de información cuántica, las telecomunicaciones 5/6-G, en redes de conmutación, formando interconexiones en centros de datos, en la aceleración de hardware o en sistemas de detección, entre otros. En este trabajo, nos dedicaremos a explorar varias aplicaciones software de estos procesadores en diferentes diseños de chips. Exploraremos diferentes enfoques de vanguardia basados en la optimización computacional y la teoría de grafos para controlar y configurar con precisión estos dispositivos. Uno de estos enfoques, la autoconfiguración, consiste en la síntesis automática de circuitos ópticos -incluso en presencia de efectos parasitarios como distribuciones de pérdidas no uniformes a lo largo del diseño hardware, o bajo interferencias ópticas y eléctricas- sin conocimiento previo sobre el estado del dispositivo. Hay ocasiones, sin embargo, en las que el acceso a esta información puede ser útil. Las herramientas de autocalibración y autocaracterización nos permiten realizar una comprobación rápida del estado de nuestro procesador fotónico, lo que nos permite extraer información útil como la corriente eléctrica que suministrar a cada actuador de fase para cambiar el estado de su PUC correspondiente, o las pérdidas de inserción de cada unidad programable y de las interconexiones ópticas que rodean a la estructura. Estos mecanismos no solo nos permiten identificar rápidamente cualquier PUC o región del chip defectuosa en nuestro diseño, sino que también revelan otra alternativa para programar circuitos fotónicos en nuestro diseño a partir de valores de corriente predefinidos. Estas estrategias constituyen un paso significativo para aprovechar todo el potencial de estos dispositivos. Proporcionan soluciones para manejar cientos de variables y gestionar simultáneamente múltiples acciones de configuración, una de las principales limitaciones que impiden que esta tecnología se extienda y se convierta en disruptiva en los próximos años. / [CA] En els darrers anys, la fotònica integrada programable ha evolucionat des de considerarse un paradigma nou i prometedor per implementar la fotònica a una escala més ampla cap a convertir-se en una realitat sòlida i revolucionària, capturant l'atenció de nombrosos grups d'investigaciò i indústries. Basada en el mateix fonament teòric que les matrius de portes lògiques programable en camp (o FPGAs, en anglès), aquesta tecnología es sustenta en la disposición bidimensional de blocs units lògics programables (en anglès: PUCs) que -mitjançant una programación adequada dels seus actuadors de fase- poden implementar una gran varietat de funcionalitats que poden ser elaborades per a operacions bàsiques o més complexes en molts camps d'aplicació com la intel·ligència artificial, l'aprenentatge profund, els sistemes d'informació quàntica, les telecomunicacions 5/6-G, en xarxes de comutació, formant interconnexions en centres de dades, en l'acceleració de hardware o en sistemes de detecció, entre d'altres. En aquest treball, ens dedicarem a explorar diverses capatitats de programari d'aquests processadors en diferents dissenys de xips. Explorem diferents enfocaments de vanguardia basats en l'optimització computacional i la teoría de grafs per controlar i configurar amb precisió aquests dispositius. Un d'aquests enfocaments, l'autoconfiguració, tracta de la síntesi automática de circuits òptics -fins i tot en presencia d'efectes parasitaris com ara pèrdues no uniformes o crosstalk òptic i elèctric- sense cap coneixement previ sobre l'estat del dispositiu. Tanmateix, hi ha ocasions en les quals l'accés a aquesta información pot ser útil. Les eines d'autocalibració i autocaracterització ens permeten realizar una comprovació ràpida de l'estat del nostre procesador fotònic, el que ens permet obtener informació útil com la corrent eléctrica necessària per alimentar cada actuador de fase per canviar l'estat del seu PUC corresponent o la pèrdua d'inserció de cada unitat programable i de les interconnexions òptiques que envolten l'estructura. Aquests mecanisms no només ens permeten identificar ràpidament qualsevol PUC o área del xip defectuosa en el nostre disseny , sinó que també ens mostren una altra alternativa per programar circuits fotònics en el nostre disseny a partir de valors de corrent predefinits. Aquestes estratègies constitueixen un pas gegant per a aprofitar tot el potencial d'aquests dispositius. Proporcionen solucions per a gestionar centenars de variables i alhora administrar múltiples accions de configuració, una de les principals limitacions que impideixen que aquesta tecnología esdevingui disruptiva en els pròxims anys. / [EN] In recent years, programmable integrated photonics (PIP) has evolved from a promising, new paradigm to deploy photonics to a larger scale to a solid, revolutionary reality, bringing up the attention of numerous research and industry players. Based on the same theoretical foundations than field-programmable gate arrays (FPGAs), this technology relies on common, two-dimensional integrated optical hardware configurations based on the interconnection of programmable unit cells (PUCs), which -by suitable programming of their phase actuators- can implement a variety of functionalities that can be elaborated for basic or more complex operation in many application fields, such as artificial intelligence, deep learning, quantum information systems, 5/6-G telecommunications, switching, data center interconnections, hardware acceleration and sensing, amongst others. In this work, we will dedicate ourselves to explore several software capabilities of these processors under different chip designs. We explore different cutting-edge approaches based on computational optimization and graph theory to precisely control and configure these devices. One of these, self-configuration, deals with the automated synthesis of optical circuit configurations -even in presence of parasitic effects such as nonuniform losses, optical and electrical crosstalk- without any need for prior knowledge about hardware state. There are occasions, though, in which accessing to this information may be of use. Self-calibration and self-characterization tools allow us to perform a quick check to our photonic processor's status, allowing us to retrieve useful pieces of information such as the electrical current needed to supply to each phase actuator to change its corresponding PUC state arbitrarily or the insertion loss of every unit cell and optical interconnection surrounding the structure. These mechanisms not only allow us to quickly identify any malfunctioning PUCs or chip areas in our design, but also reveal another alternative to program photonic circuits in our design from current pre-sets. These strategies constitute a gigantic step to unleash all the potential of these devices. They provide solutions to handle with hundreds of variables and simultaneously manage multiple configuration actions, one of the main limitations that prevent this technology to scale up and become disruptive in the years to come. / López Hernández, A. (2023). Multipurpose Programmable Integrated Photonics: Principles and Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196867

[ES] El planteamiento inicial de esta investigación surgió buscando una justificación lógica que ayudara en la interpretación de la música que los compositores tratan de plasmar por escrito en la partitura, a través de indicaciones en ocasiones poco concretas, con la finalidad de explicar al oyente la trama argumental y la expresividad inherente de la pieza. Con este estudio se pretende descubrir los patrones de trabajo utilizados por Franz Liszt en el diseño de estructuras pequeñas o microformas musicales, para así poder establecer el nexo entre éstas y lo que quiere evocar o describir con ellas. Para ello surge la propuesta de catalogar los recursos descriptivos y procedimientos compositivos y pianísticos usados por el pianista y compositor húngaro. El buscar e interrelacionar la idea programática de sus obras con el pensamiento descriptivo musical que las inspiró, analizar los recursos compositivos que utilizó para profundizar en la razón expresiva que motivó la importante transformación y renovación de las formas clásicas que efectuó y por último, estudiar el proceso de elaboración individual de la estructura formal de cada obra, así como buscar los paralelismos o semejanzas con las ideas descriptivas y las figuraciones o recursos musicales empleados por Franz Liszt. / [CA] El plantejament inicial d'aquesta investigació va sorgir buscant una justificació lògica que ajudara en la interpretació de la música que els compositors intenten plasmar per escrit a la partitura, a través d'indicacions de vegades poc concretes, amb la finalitat d'explicar a l'oient la trama argumental i la expressivitat inherent de la peça. Amb aquest estudi es pretén descobrir els patrons de treball utilitzats per Franz Liszt en el disseny d'estructures menudes o microformes musicals, per poder establir el nexe entre aquestes i el que vol evocar o descriure amb elles. Per això sorgeix la proposta de catalogar els recursos descriptius i procediments compositius i pianístics usats pel pianista i compositor hongarès. Buscar i interrelacionar la idea programàtica de les seves obres amb el pensament descriptiu musical que les va inspirar, analitzar els recursos compositius que va utilitzar per aprofundir en la raó expressiva que va motivar la important transformació i renovació de les VI formes clàssiques que va efectuar, finalment, estudiar el procés d'elaboració individual de l'estructura formal de cada obra, així com cercar els paral·lelismes o semblances amb les idees descriptives i les figuracions o recursos musicals emprats per Franz Liszt. / [EN] The initial approach of this research arose looking for a logical justification that would help in the interpretation of the music that the composers try to capture in writing in the score, through indications sometimes not awfully specific, to explain to the listener the plot and the inherent expressiveness of the piece. The aim of this study is to discover the work patterns used by Franz Liszt in the design of small structures or musical microforms, to establish the link between them and what he wants to evoke or describe with them. For this, the proposal arises to catalog the descriptive resources and compositional and pianistic procedures used by the Hungarian pianist and composer. The search for and interrelate the programmatic idea of his works with the musical descriptive thought that inspired them, analyze the compositional resources that he used to delve into the expressive reason that motivated the important transformation and renewal of the classical forms that he carried out and finally, study the process of individual elaboration of the formal structure of each work, as well as looking for the parallels or similarities with the descriptive ideas and the figurations or musical resources used by Franz Liszt. / Esplugues Esplugues, FJ. (2023). Procedimientos y recursos descriptivos del lenguaje pianístico de Franz Liszt. Los tres années de pèlerinage S.160, S.161 Y S.163 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202193

[ES] La fotónica de microondas, la cual une los mundos de la ingeniería de radiofrecuencia y la optoelectrónica, ha generado un gran interés en las últimas décadas. Su valor añadido se deriva del hecho de que, por un lado, permite la realización de funcionalidades clave en los sistemas de microondas que son complejas o directamente imposibles en el dominio de la radiofrecuencia. Por otro lado, crea nuevas oportunidades para los sistemas y redes de información y comunicación. Por lo tanto, la fotónica de microondas se utiliza para habilitar funciones especializadas como generación de señales de alta frecuencia, modulación, procesamiento de señales, particularmente en aplicaciones de comunicación, radar y detección. En el contexto de la fotónica programable, la versatilidad surge al permitir la manipulación dinámica de las señales de luz, haciéndolas adaptables para propósitos genéricos a través de redes ópticas, computación óptica, óptica adaptativa, investigación y desarrollo y fotónica cuántica. Por lo que, proporciona una plataforma flexible para aplicaciones ópticas, mostrando funciones complementarias a la tecnología fotónica moderna. Por lo tanto, los circuitos integrados fotónicos programables proponen y prometen ser una solución para competir con diseños específicos de aplicaciones. Sin embargo, las demostraciones actuales y las pruebas de concepto solo han integrado un número limitado de componentes y representan circuitos de complejidad pequeña y moderada. Este trabajo tiene como objetivo responder a las preguntas relacionadas con la escalabilidad del sistema y la evolución de futuros circuitos integrados fotónicos programables. El análisis y propuesta de soluciones constará de dos partes principales: la primera estudiará la escalabilidad de los circuitos programables en términos de integración de sistemas, incluyendo un estudio exhaustivo de las interfaces ópticas. En segundo lugar, debido a la necesidad de compensación de pérdidas que surge al utilizar fotónica integrada, consideraremos el rendimiento de modelos analíticos de fotónica de microondas de extremo a extremo con enlaces amplificados (balance de potencia óptica, ruido de señal, indicadores clave de rendimiento de enlaces fotónicos de microondas y consumo de energía). Una vez completado, utilizaremos diseños de complejidad moderada para evaluar nuestros estimadores de rendimiento tanto para el procesamiento de señales ópticas como para aplicaciones fotónicas de microondas. / [CA] La fotònica de micrones, la qual uneix els mons de l'enginyeria de radiofreqüència i l'optoelectrònica, ha generat un gran interés en les últimes dècades. El seu valor afegit es deriva del fet que, d'una banda, permet la realització de funcionalitats clau en els sistemes de microones que són complexes o directament impossibles en el domini de la radiofreqüència. D'altra banda, crea noves oportunitats per als sistemes i xarxes d'informació i comunicació. Per tant, la fotònica de microones s'utilitza per a habilitar funcions especialitzades com a generació de senyals d'alta freqüència, modulació, processament de senyals, particularment en aplicacions de comunicació, radar i detecció. En el context de la fotònica programable, la versatilitat sorgeix en permetre la manipulació dinàmica dels senyals de llum, fent-les adaptables per a propòsits genèrics a través de xarxes òptiques, computació òptica, òptica adaptativa, recerca i desenvolupament i fotònica quàntica. Pel que, proporciona una plataforma flexible per a aplicacions òptiques, mostrant funcions complementàries a la tecnologia fotònica moderna. Per tant, els circuits integrats fotònics programables proposen i prometen ser una solució per a competir amb dissenys específics d'aplicacions. No obstant això, les demostracions actuals i les proves de concepte sol han integrat un nombre limitat de components i representen circuits de complexitat xicoteta i moderada. Aquest treball té com a objectiu respondre a les preguntes relacionades amb l'escalabilitat del sistema i l'evolució de futurs circuits integrats fotònics programables. L'anàlisi i proposta de solucions constarà de dues parts principals: la primera estudiarà l'escalabilitat dels circuits programables en termes d'integració de sistemes, incloent-hi un estudi exhaustiu de les interfícies òptiques. En segon lloc, a causa de la necessitat de compensació de pèrdues que sorgeix quan s'utilitza fotònica integrada, considerarem el rendiment de models analítics de fotònica de microones d'extrem a extrem amb enllaços amplificats (balanç de potència òptica, soroll de senyal, indicadors clau de rendiment d'enllaços fotònics de microones i consum d'energia). Una vegada completat, utilitzarem dissenys de complexitat moderada per a avaluar els nostres estimadors de rendiment tant per al processament de senyals òptics com per a aplicacions fotòniques de microones. / [EN] Microwave photonics brings together the worlds of radiofrequency engineering and optoelectronics and it has attracted great interest in the last few decades. It added value stems from the fact that, on one hand, it enables the realization of key functionalities in microwave systems that either are complex or even not directly possible in the radiofrequency domain. On the other hand, it creates new opportunities for information and communication systems and networks. Hence, microwave photonics is used to enable specialized functions such as high-frequency signal generation, modulation, and signal processing, particularly in communication, radar, and sensing applications. In the context of programmable photonics, versatility emerges by allowing dynamic manipulation of light signals, making them adaptable for generic purposes across optical networks, optical computing, adaptive optics, research and development, and quantum photonics. Then, it provides a flexible platform for optical applications, showcasing their complementary roles in modern photonics technology. Hence, programmable photonic integrated circuits have been recently proposed and promise to be a solution to compete with application-specific designs. However, current demonstrations and proof-of-concepts have only integrated a limited number of components and represent small and moderate-complex circuits. This work aims to answer the questions dealing with the system scalability and evolution of future programmable photonic integrated circuits. The analysis and proposal of solutions will include two main parts: the first one will study the scalability of programmable circuits in terms of system integration, including a comprehensive study of optical interfacing. Secondly, due to the need for loss compensation that arises when using integrated photonics, we will consider the performance of end-to-end analytical microwave photonics models with amplified links (optical power budget, signal noise, microwave photonic links key performance indicators, and power consumption). Once completed, we will make use of moderate complexity designs to evaluate our performance estimators for both optical signal processing and microwave photonic applications. / Sánchez Gomariz, E. (2024). Scalability Analysis and Designs for Large-Scale Programmable RF-Photonic Integrated Circuits: Modelling, Design and Implementation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202894

Over the last few years, the ever-increasing use of the new emerging wireless communication systems has imposed a considerable challenge in the development of novel microwave devices that can support the high bit rates and wide bandwidths demanded by the society. Moreover, other of the main goals of the current microwave components' designers is the fact that these devices can withstand the increasingly higher RF power requirements that must be considered at the output stages of transmitters. In this context, several physical phenomena should be analyzed in order to maximize the so-called power handling capability (PHC) in microwave components. In particular, this thesis focuses on the study of the corona discharge breakdown, since it is a physical effect that may limit the peak power thresholds (also known as peak power handling capability or PPHC) of microwave devices. In this regard, the main aim of this work is the proposal of several design strategies to achieve a considerable improvement of the PPHC in different filtering structures. In this sense, this dissertation is divided into two main parts. On the one hand, the study of the corona discharge breakdown will be first focused on microstrip bandpass filters, where the variation of the maximum electric field strength will be analyzed, and different solutions based on dielectric covers, rounded open-circuit terminations, an anticorona lacquer or a commercial adhesive will be thoroughly investigated and compared. The main objective will be the maximization of the peak power levels, while the degradation of the unloaded quality factor of the resonators will be minimized as far as possible. On the other hand, the second part of this thesis dissertation deals with a similar exhaustively analysis in groove gap waveguides (GGWs). Furthermore, different topologies of bandpass filters based on this technology will be studied, focusing also on the type of the electric field's polarization. In a similar way, several design criteria will be proposed for improving the PPHC of these components, thereby achieving a significant enhancement and reaching the same peak power thresholds of the counterpart rectangular waveguide devices. Finally, all the solutions described above will be experimentally validated in diverse measurement campaigns carried out at the European High Power RF Space Laboratory to corroborate the proper and good performances of all of them. / A lo largo de los últimos años, el uso cada vez mayor de los nuevos sistemas de comunicación inalámbricos emergentes ha impuesto un reto considerable en el desarrollo de novedosos dispositivos de microondas que puedan soportar las altas tasas de bits y amplios anchos de banda demandados por la sociedad. Además, otro de los principales objetivos de los actuales diseñadores de componentes de microondas es el hecho de que estos dispositivos puedan soportar los requisitos de potencia RF cada vez más elevados que se deben considerar en las etapas de salida de los transmisores. En este contexto, diversos fenómenos físicos deben ser estudiados para maximizar la denominada capacidad de manejo de potencia (PHC, por sus siglas en inglés) en componentes de microondas. En particular, esta tesis doctoral se centra en el estudio de la descarga de corona, ya que es un efecto físico que puede limitar los umbrales de potencia de pico (también conocido como capacidad de manejo de la potencia de pico o PPHC, por sus siglas en inglés) de dispositivos de microondas. Por ello, el principal objetivo de este trabajo es la propuesta de varias estrategias de diseño para conseguir una mejora considerable de la PPHC en diferentes estructuras filtrantes. En este sentido, esta tesis se divide en dos partes principales. Por un lado, el estudio del efecto corona se centrará en primer lugar en filtros paso banda en tecnología microstrip, donde se analizará la variación de la intensidad máxima del campo eléctrico, así como también se investigarán y compararán a fondo diferentes soluciones basadas en cubiertas dieléctricas, terminaciones en circuito abierto redondeadas, una laca anticorona o un adhesivo comercial. El objetivo principal será maximizar los niveles de potencia de pico, mientras se minimizará en la medida de lo posible la degradación del factor de calidad de los resonadores. Por otro lado, la segunda parte de esta tesis doctoral aborda un análisis exhaustivo parecido en guías de onda groove-gap (GGWs, por sus siglas en inglés). Además, se estudiarán distintas topologías de filtros paso banda basados en esta tecnología, centrándose también en el tipo de polarización del campo eléctrico. Del mismo modo, se propondrán varios criterios de diseño para mejorar la PPHC de estos componentes, consiguiendo así una mejora significativa y alcanzando los mismos umbrales de potencia de pico que los dispositivos equivalentes en guía de onda rectangular. Finalmente, todas las soluciones descritas serán validadas experimentalmente en diversas campañas de medidas realizadas en el Laboratorio Europeo de Alta Potencia en RF para corroborar el correcto y buen funcionamiento de todas ellas. / Al llarg dels últims anys, l'ús cada vegada major dels nous sistemes de comunicació sense fils emergents ha imposat un repte considerable en el desenvolupament de nous dispositius de microones que puguen suportar les altes taxes de bits i grans amplades de banda demandades per la societat. A més, un altre dels principals objectius dels actuals dissenyadors de components de microones és el fet que aquests dispositius puguen suportar els requisits de potència RF cada vegada més elevats que s'han de considerar en les etapes d'eixida dels transmissors. En aquest context, diversos fenòmens físics han de ser estudiats per a maximitzar la denominada capacitat de maneig de potència (PHC, per les seues sigles en anglès) en components de microones. En particular, aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de la descàrrega de corona, ja que és un efecte físic que pot limitar els llindars de potència de pic (també conegut com a capacitat de maneig de la potència de pic o PPHC, per les seues sigles en anglès) de dispositius de microones. Per això, el principal objectiu d'aquest treball és la proposta de diverses estratègies de disseny per a aconseguir una millora considerable de la PPHC en diferents estructures filtrants. En aquest sentit, aquesta tesi es divideix en dues parts principals. Per un costat, l'estudi de l'efecte corona se centrarà en primer lloc en filtres passabanda en tecnologia microstrip, on s'analitzarà la variació de la intensitat màxima del camp elèctric, així com també s'investigaran i compararan a fons diferents solucions basades en cobertes dielèctriques, terminacions en circuit obert arredonides, una laca anticorona o un adhesiu comercial. L'objectiu principal serà maximitzar els nivells de potència de pic, mentre es minimitzarà en la mesura que siga possible la degradació del factor de qualitat dels ressonadors. Per l'altre costat, la segona part d'aquesta tesi doctoral aborda una anàlisi exhaustiva similar en guies d'ona groove-gap (GGWs, per les seues sigles en anglès). A més, s'estudiaran diferents topologies de filtres passabanda basats en aquesta tecnologia, centrant-se també en el tipus de polarització del camp elèctric. De la mateixa manera, es proposaran diversos criteris de disseny per a millorar la PPHC d'aquests components, aconseguint així una millora significativa i els mateixos llindars de potència de pic que els dispositius equivalents en guia d'ona rectangular. Finalment, totes les solucions descrites seran validades experimentalment en diverses campanyes de mesures realitzades en el Laboratori Europeu d'Alta Potència en RF per a corroborar el correcte i bon funcionament de totes elles. / Work supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MCIN) and the State Agency of Research (AEI) through the Sub-Project C43 of the Coordinated Project PID2019-103982RB [MCIN/AEI/10.13039/501100011033]. Aitor Morales-Hernández has received a fellowship grant from the University of Alicante [UAFPU2018-054].

[ES] El uso masivo de las telecomunicaciones exige redes de mayor capacidad. Esta capacidad puede incrementarse de las siguientes maneras: aumentando el número de antenas, el ancho de banda, la eficiencia espectral o una combinación de ellas. En respuesta a esto, han surgido los sistemas masivos MIMO sin celdas. Estos sistemas pretenden ofrecer un servicio ubicuo y fiable, apoyándose en un número masivo de antenas y adaptando la red a las necesidades de los usuarios en cada momento. Se han estudiado sistemas MIMO masivos sin celdas tanto para frecuencias inferiores a 6 GHz como en la banda mmW, demostrando ser una buena alternativa a las celdas pequeñas. Sin embargo, hay muchas cuestiones que todavía requieren más estudio. Esta Tesis aborda las cuestiones relativas a los despliegues masivos MIMO sin celdas en términos de escalabilidad, consumo de energía, modelado realista de los escenarios de despliegue y diseño de precodificadores para dichos escenarios en la banda mmW. Los sistemas masivos sin celdas en su forma canónica consideran que todos los APs están conectados a una única CPU y que todos ellos sirven a todos los UEs al mismo tiempo. Sin embargo, en la práctica, tal sistema no es factible debido a temas de escalabilidad. Por ello, en esta Tesis se estudian y proponen diferentes soluciones de agrupación que alivian la carga tanto de cada AP individual como de la CPUs, ya que la carga total de procesamiento se divide entre ellas. Las soluciones propuestas muestran un mejor rendimiento que la solución del estado del arte estudiada para todos los tamaños de agrupación considerados e independientemente del número de UEs en el escenario. Tras las consideraciones sobre la topología lógica de la red, esta Tesis analiza el impacto en el rendimiento de la red de diferentes configuraciones de topologías físicas. En concreto, se estudia el modelado del consumo de energía considerando front-haul totalmente dedicado, híbrido y totalmente en serie. En este sentido, se sugieren algunas modificaciones al modelo tradicional de consumo de energía para obtener resultados más precisos cuando se analizan entornos en serie. A partir de los resultados obtenidos, se destaca la importancia de aplicar las modificaciones propuestas que consideran el ahorro de energía debido a las conexiones serie en un despliegue de MIMO masivo sin celdas donde cada AP transmite la misma información (excepto por los coeficientes de precodificación). Por otro lado, aunque en la banda milimétrica se dispone de mayores anchos de banda, el uso de estas frecuencias conlleva ciertos retos. Uno de estos retos es el modelado del canal radioeléctrico, ya que al trabajar con longitudes de onda del orden de decenas de milímetros cualquier objeto o rugosidad del mismo puede afectar a la propagación de la onda. En este sentido, esta Tesis, en primer lugar, propone algunas adaptaciones al modelo de bloqueo del cuerpo humano del 3GPP. Los resultados obtenidos tras las modificaciones se acercan más a los valores de las mediciones reales, lo que hace que el modelo adaptado sea más preciso para la consideración del bloqueo corporal en mmW. En segundo lugar, esta Tesis presenta una herramienta de simulación de radiocanales basada en el trazado de rayos. Se han obtenido resultados de pérdidas de trayecto para un escenario de interior que se aproximan notablemente a las medidas reales. Asimismo, los resultados obtenidos muestran que cuando no se modelan correctamente las características electromagnéticas de los materiales o no se tiene en cuenta el mobiliario en un escenario de interior, los resultados pueden diferir considerablemente de las medidas reales. Por último, esta Tesis aborda el diseño de precodificadores en sistemas MIMO masivos sin celdas en un escenario realista. Para ello, se considera un escenario industrial con requerimientos de potencia específicos. En particular, se resuelve un problema de optimización con diferentes restricciones de potencia por antena. / [CA] L'ús massiu de les telecomunicacions exigeix xarxes de major capacitat. Aquesta capacitat pot incrementar-se de les següents maneres: augmentant el nombre d'antenes, l'amplada de banda, l'eficiència espectral o una combinació d'elles. En resposta a això, han sorgit els sistemes massius MIMO sense cel·les. Aquests sistemes pretenen oferir un servei ubic i fiable, secundant-se en un nombre massiu d'antenes i adaptant la xarxa a les necessitats dels usuaris a cada moment. S'han estudiat sistemes MIMO massius sense cel·les tant per a freqüències inferiors a 6 GHz com en la banda mmW, demostrant ser una bona alternativa a les cel·les xicotetes. No obstant això, hi ha moltes qüestions que encara requereixen més estudi. Aquesta Tesi aborda les qüestions relatives als desplegaments massius MIMO sense cel·les en termes d'escalabilitat, consum d'energia, modelatge realista dels escenaris de desplegament i disseny de precodificadors per a aquests escenaris en la banda mmW. Els sistemes massius sense cel·les en la seua forma canònica consideren que tots els APs estan connectats a una única CPU i que tots ells serveixen a tots els UEs al mateix temps. No obstant això, en la pràctica, tal sistema no és factible a causa de temes d'escalabilitat. Per això, en aquesta Tesi s'estudien i proposen diferents solucions d'agrupació que alleugen la càrrega tant de cada AP individual com de la CPUs, ja que la càrrega total de processament es divideix entre elles. Les solucions proposades mostren un millor rendiment que la solució de l'estat de l'art estudiada per a totes les grandàries d'agrupació considerats i independentment del número de UEs en l'escenari. Després de les consideracions sobre la topologia lògica de la xarxa, aquesta Tesi analitza l'impacte en el rendiment de la xarxa de diferents configuracions de topologies físiques. En concret, s'estudia el modelatge del consum d'energia considerant front-haul totalment dedicat, híbrid i totalment en sèrie. En aquest sentit, se suggereixen algunes modificacions al model tradicional de consum d'energia per a obtindre resultats més precisos quan s'analitzen entorns en sèrie. A partir dels resultats obtinguts, es destaca la importància d'aplicar les modificacions proposades que consideren l'estalvi d'energia a causa de les connexions serie en un desplegament de MIMO massiva sense cel·les on cada AP transmet la mateixa informació (excepte pels coeficients de precodificació). D'altra banda, encara que en la banda mil·limètrica es disposa de majors amplades de banda, l'ús d'aquestes freqüències comporta uns certs reptes. Un d'aquests reptes és el modelatge del canal radioelèctric, ja que en treballar amb longituds d'ona de l'ordre de desenes de mil·límetres qualsevol objecte o rugositat del mateix pot afectar la propagació de l'ona. En aquest sentit, aquesta Tesi, en primer lloc, proposa algunes adaptacions al model de bloqueig del cos humà del 3GPP. Els resultats obtinguts després de les modificacions s'acosten més als valors dels mesuraments reals, la qual cosa fa que el model adaptat siga més precís per a la consideració del bloqueig corporal en mmW. En segon lloc, aquesta Tesi presenta una eina de simulació de radiocanales basada en el traçat de raigs. S'han obtingut resultats de pèrdues de trajecte per a un escenari d'interior que s'aproximen notablement a les mesures reals. Així mateix, els resultats obtinguts mostren que quan no es modelen correctament les característiques electromagnètiques dels materials o no es té en compte el mobiliari en un escenari d'interior, els resultats poden diferir considerablement de les mesures reals. Finalment, aquesta Tesi aborda el disseny de precodificadors en sistemes MIMO massius sense cel·les en un escenari realista. Per a això, es considera un escenari industrial amb requeriments de potència específics. En particular, es resol un problema d'optimització amb diferents restriccions de potència per antena. / [EN] The massive use of telecommunications demands higher capacity networks. This capacity can be increased by increasing the number of antennas, bandwidth, spectral efficiency, or a combination of these. In response to this, cell-free massive MIMO systems have emerged. These systems aim to offer a ubiquitous and reliable service, relying on a massive number of antennas and adapting the network to users' needs. Cell-free massive MIMO systems have been studied both for frequencies below 6 GHz and in the mmW band, proving to be a good alternative to small cells. However, many issues still require further study. This Thesis addresses the issues concerning cell-free massive MIMO deployments in terms of scalability, power consumption, realistic modeling of deployment scenarios, and design of precoders for such scenarios in the mmW band. Cell-free massive systems in their canonical form consider that all the APs are connected to a single CPU and serve all UEs simultaneously. However, in practice, such a system is not feasible, due to scalability reasons. Therefore, in this Thesis, different clustering solutions that alleviate the load of both each individual AP and the CPUs, as the total processing load is divided among them, are studied and proposed. The proposed solutions show a better performance than the state-of-the-art solution studied for all cluster sizes considered and independently of the number of UEs in the scenario. After the logical network topology considerations, the impact on the network performance of different physical topologies configurations is analyzed. Specifically, the power consumption modeling considering fully dedicated, hybrid, and fully serial front-haul is studied. In this sense, some modifications are suggested for the traditional power consumption model in order to get more accurate results when serial environments are analyzed. The obtained results highlight the importance of applying the proposed modifications that consider the power savings due to the serial connections in a cell-free massive MIMO deployment where each AP transmits the same information (except by the precoding coefficients). On the other hand, although wider bandwidths are available in the millimeter band, the use of these frequencies brings certain challenges. One of these challenges is modeling the radio channel since when working with wavelengths in the order of tens of millimeters, any object or roughness of the same order can affect the propagation of the wave. Another challenge is to consider the electromagnetic impact of the human body at mmW frequencies. In this sense, this Thesis, firstly, proposes some adaptations to the 3GPP body blockage model. The results obtained after the modifications are closer to real measurement values, what makes the adapted model more accurate for the consideration of body blockage at mmW. Secondly, this Thesis presents a radio channel simulation tool based on ray tracing. With this tool, path loss results have been obtained for an indoor scenario that are remarkably close to the actual measurements. Also, the results show that when the electromagnetic characteristics of the materials are not modeled correctly or the furniture is not taken into account in an indoor scenario, the adjustment of the simulation results can differ considerably from the actual measurements. Finally, the design of precoders in cell-free massive MIMO systems in a realistic scenario is addressed. For this purpose, an industrial scenario with specific power requirements is considered. In particular, an optimization problem with different per-antenna power constraints is solved. In this case, the scenario and the radio channel are modeled using the above-mentioned tool. This fact makes it possible to find with high precision the power coefficients to be used by each transmitting antenna to transmit to each user so that the achieved data rate is maximized. / I would like to thank the H2020 Marie Curie Program that has funded this thesis within Project Grant No. 766231 WAVECOMBE - ITN - 2017 / Prado Alvarez, D. (2022). Study of Feasible Cell-Free Massive MIMO Systems in Realistic Indoor Scenarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191375

Tesis por compendio / [ES] En los últimos años, el aprendizaje profundo (DL) se ha convertido en una de las principales áreas de la inteligencia artificial (IA), impulsado principalmente por el avance en la capacidad de procesamiento. Los algoritmos basados en DL han logrado resultados asombrosos en la comprensión y manipulación de diversos tipos de datos, incluyendo imágenes, señales de habla y texto. La revolución digital del sector sanitario ha permitido la generación de nuevas bases de datos, lo que ha facilitado la implementación de modelos de DL bajo el paradigma de aprendizaje supervisado. La incorporación de estos métodos promete mejorar y automatizar la detección y el diagnóstico de enfermedades, permitiendo pronosticar su evolución y facilitar la aplicación de intervenciones clínicas de manera más efectiva. Una de las principales limitaciones de la aplicación de algoritmos de DL supervisados es la necesidad de grandes bases de datos anotadas por expertos, lo que supone una barrera importante en el ámbito médico. Para superar este problema, se está abriendo un nuevo campo de desarrollo de estrategias de aprendizaje no supervisado o débilmente supervisado que utilizan los datos disponibles no anotados o débilmente anotados. Estos enfoques permiten aprovechar al máximo los datos existentes y superar las limitaciones de la dependencia de anotaciones precisas. Para poner de manifiesto que el aprendizaje débilmente supervisado puede ofrecer soluciones óptimas, esta tesis se ha enfocado en el desarrollado de diferentes paradigmas que permiten entrenar modelos con bases de datos débilmente anotadas o anotadas por médicos no expertos. En este sentido, se han utilizado dos modalidades de datos ampliamente empleadas en la literatura para estudiar diversos tipos de cáncer y enfermedades inflamatorias: datos ómicos e imágenes histológicas. En el estudio sobre datos ómicos, se han desarrollado métodos basados en deep clustering que permiten lidiar con las altas dimensiones inherentes a este tipo de datos, desarrollando un modelo predictivo sin la necesidad de anotaciones. Al comparar el método propuesto con otros métodos de clustering presentes en la literatura, se ha observado una mejora en los resultados obtenidos. En cuanto a los estudios con imagen histológica, en esta tesis se ha abordado la detección de diferentes enfermedades, incluyendo cáncer de piel (melanoma spitzoide y neoplasias de células fusocelulares) y colitis ulcerosa. En este contexto, se ha empleado el paradigma de multiple instance learning (MIL) como línea base en todos los marcos desarrollados para hacer frente al gran tamaño de las imágenes histológicas. Además, se han implementado diversas metodologías de aprendizaje, adaptadas a los problemas específicos que se abordan. Para la detección de melanoma spitzoide, se ha utilizado un enfoque de aprendizaje inductivo que requiere un menor volumen de anotaciones. Para abordar el diagnóstico de colitis ulcerosa, que implica la identificación de neutrófilos como biomarcadores, se ha utilizado un enfoque de aprendizaje restrictivo. Con este método, el coste de anotación se ha reducido significativamente al tiempo que se han conseguido mejoras sustanciales en los resultados obtenidos. Finalmente, considerando el limitado número de expertos en el campo de las neoplasias de células fusiformes, se ha diseñado y validado un novedoso protocolo de anotación para anotaciones no expertas. En este contexto, se han desarrollado modelos de aprendizaje profundo que trabajan con la incertidumbre asociada a dichas anotaciones. En conclusión, esta tesis ha desarrollado técnicas de vanguardia para abordar el reto de la necesidad de anotaciones precisas que requiere el sector médico. A partir de datos débilmente anotados o anotados por no expertos, se han propuesto novedosos paradigmas y metodologías basados en deep learning para abordar la detección y diagnóstico de enfermedades utilizando datos ómicos e imágenes histológicas. / [CA] En els últims anys, l'aprenentatge profund (DL) s'ha convertit en una de les principals àrees de la intel·ligència artificial (IA), impulsat principalment per l'avanç en la capacitat de processament. Els algorismes basats en DL han aconseguit resultats sorprenents en la comprensió i manipulació de diversos tipus de dades, incloent-hi imatges, senyals de parla i text. La revolució digital del sector sanitari ha permés la generació de noves bases de dades, la qual cosa ha facilitat la implementació de models de DL sota el paradigma d'aprenentatge supervisat. La incorporació d'aquests mètodes promet millorar i automatitzar la detecció i el diagnòstic de malalties, permetent pronosticar la seua evolució i facilitar l'aplicació d'intervencions clíniques de manera més efectiva. Una de les principals limitacions de l'aplicació d'algorismes de DL supervisats és la necessitat de grans bases de dades anotades per experts, la qual cosa suposa una barrera important en l'àmbit mèdic. Per a superar aquest problema, s'està obrint un nou camp de desenvolupament d'estratègies d'aprenentatge no supervisat o feblement supervisat que utilitzen les dades disponibles no anotades o feblement anotats. Aquests enfocaments permeten aprofitar al màxim les dades existents i superar les limitacions de la dependència d'anotacions precises. Per a posar de manifest que l'aprenentatge feblement supervisat pot oferir solucions òptimes, aquesta tesi s'ha enfocat en el desenvolupat de diferents paradigmes que permeten entrenar models amb bases de dades feblement anotades o anotades per metges no experts. En aquest sentit, s'han utilitzat dues modalitats de dades àmpliament emprades en la literatura per a estudiar diversos tipus de càncer i malalties inflamatòries: dades ómicos i imatges histològiques. En l'estudi sobre dades ómicos, s'han desenvolupat mètodes basats en deep clustering que permeten bregar amb les altes dimensions inherents a aquesta mena de dades, desenvolupant un model predictiu sense la necessitat d'anotacions. En comparar el mètode proposat amb altres mètodes de clustering presents en la literatura, s'ha observat una millora en els resultats obtinguts. Quant als estudis amb imatge histològica, en aquesta tesi s'ha abordat la detecció de diferents malalties, incloent-hi càncer de pell (melanoma spitzoide i neoplàsies de cèl·lules fusocelulares) i colitis ulcerosa. En aquest context, s'ha emprat el paradigma de multiple instance learning (MIL) com a línia base en tots els marcs desenvolupats per a fer front a la gran grandària de les imatges histològiques. A més, s'han implementat diverses metodologies d'aprenentatge, adaptades als problemes específics que s'aborden. Per a la detecció de melanoma spitzoide, s'ha utilitzat un enfocament d'aprenentatge inductiu que requereix un menor volum d'anotacions. Per a abordar el diagnòstic de colitis ulcerosa, que implica la identificació de neutròfils com biomarcadores, s'ha utilitzat un enfocament d'aprenentatge restrictiu. Amb aquest mètode, el cost d'anotació s'ha reduït significativament al mateix temps que s'han aconseguit millores substancials en els resultats obtinguts. Finalment, considerant el limitat nombre d'experts en el camp de les neoplàsies de cèl·lules fusiformes, s'ha dissenyat i validat un nou protocol d'anotació per a anotacions no expertes. En aquest context, s'han desenvolupat models d'aprenentatge profund que treballen amb la incertesa associada a aquestes anotacions. En conclusió, aquesta tesi ha desenvolupat tècniques d'avantguarda per a abordar el repte de la necessitat d'anotacions precises que requereix el sector mèdic. A partir de dades feblement anotades o anotats per no experts, s'han proposat nous paradigmes i metodologies basats en deep learning per a abordar la detecció i diagnòstic de malalties utilitzant dades *ómicos i imatges histològiques. Aquestes innovacions poden millorar l'eficàcia i l'automatització en la detecció precoç i el seguiment de malalties. / [EN] In recent years, deep learning (DL) has become one of the main areas of artificial intelligence (AI), driven mainly by the advancement in processing power. DL-based algorithms have achieved amazing results in understanding and manipulating various types of data, including images, speech signals and text. The digital revolution in the healthcare sector has enabled the generation of new databases, facilitating the implementation of DL models under the supervised learning paradigm. Incorporating these methods promises to improve and automate the detection and diagnosis of diseases, allowing the prediction of their evolution and facilitating the application of clinical interventions with higher efficacy. One of the main limitations in the application of supervised DL algorithms is the need for large databases annotated by experts, which is a major barrier in the medical field. To overcome this problem, a new field of developing unsupervised or weakly supervised learning strategies using the available unannotated or weakly annotated data is opening up. These approaches make the best use of existing data and overcome the limitations of reliance on precise annotations. To demonstrate that weakly supervised learning can offer optimal solutions, this thesis has focused on developing different paradigms that allow training models with weakly annotated or non-expert annotated databases. In this regard, two data modalities widely used in the literature to study various types of cancer and inflammatory diseases have been used: omics data and histological images. In the study on omics data, methods based on deep clustering have been developed to deal with the high dimensions inherent to this type of data, developing a predictive model without requiring annotations. In comparison, the results of the proposed method outperform other existing clustering methods. Regarding histological imaging studies, the detection of different diseases has been addressed in this thesis, including skin cancer (spitzoid melanoma and spindle cell neoplasms) and ulcerative colitis. In this context, the multiple instance learning (MIL) paradigm has been employed as the baseline in all developed frameworks to deal with the large size of histological images. Furthermore, diverse learning methodologies have been implemented, tailored to the specific problems being addressed. For the detection of spitzoid melanoma, an inductive learning approach has been used, which requires a smaller volume of annotations. To address the diagnosis of ulcerative colitis, which involves the identification of neutrophils as biomarkers, a constraint learning approach has been utilized. With this method, the annotation cost has been significantly reduced while achieving substantial improvements in the obtained results. Finally, considering the limited number of experts in the field of spindle cell neoplasms, a novel annotation protocol for non-experts has been designed and validated. In this context, deep learning models that work with the uncertainty associated with such annotations have been developed. In conclusion, this thesis has developed cutting-edge techniques to address the medical sector's challenge of precise data annotation. Using weakly annotated or non-expert annotated data, novel paradigms and methodologies based on deep learning have been proposed to tackle disease detection and diagnosis in omics data and histological images. These innovations can improve effectiveness and automation in early disease detection and monitoring. / The work of Rocío del Amor to carry out this research and to elaborate this dissertation has been supported by the Spanish Ministry of Universities under the FPU grant FPU20/05263. / Amor Del Amor, MRD. (2023). Deep Learning Strategies for Overcoming Diagnosis Challenges with Limited Annotations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/200227 / Compendio

[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

[ES] En esta tesis denominada "Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades", se estudia en primera instancia la teoría de los modos característicos, enfocada en la interpretación física de sus parámetros, y se exponen brevemente diferentes metodologías para el diseño de antenas. A manera de guía inicial de diseño de antenas, se analizan los modos característicos de estructuras simples utilizando la herramienta de simulación FEKO. A continuación, se aplican los criterios de análisis de los modos característicos a cuerpos geométricos 2D y su acoplamiento con estructuras simples de hilo. Entre los cuerpos geométricos planos estudiados se encuentran: una placa cuadrada y su acoplamiento con hilos radiales, un disco y su acoplamiento con discos pequeños en su interior. En base a los resultados de estructuras planas, el estudio continúa con el análisis de los modos característicos de cuerpos geométricos tridimensionales, como un cubo y un cilindro, así como versiones alargadas de estas estructuras. Además, se analiza el cubo con radiales en diferentes orientaciones. También se estudian cavidades abiertas cuadradas y cilíndricas. Estas estructuras se examinan con elementos de alimentación, y se observan sus efectos en la respuesta modal. Por otro lado, se estudian las estructuras 3D compuestas para lograr, dependiendo el caso, antenas multipuerto con uno o múltiples haces, gran ancho de banda, buen aislamiento entre puertos, diversidad de polarización o polarización circular. En varios casos, se sintetizan o combinan modos para alcanzar los objetivos deseados. Con el propósito de aplicar los estudios modales de cuerpos geométricos y cavidades, se realiza un análisis completo utilizando onda completa con el software de simulación CST Studio Suite. Estas propuestas se centran en aplicaciones de 5G y IoT. Además, la estructura cúbica con radiales se enfoca en aplicaciones de CubeSat. Varios de estos prototipos se fabrican y se llevan a cabo mediciones. Los resultados de las simulaciones y las mediciones se comparan para validar las propuestas. Para concluir, se resumen las conclusiones de los resultados más relevantes obtenidos durante el desarrollo de esta tesis. Asimismo, se plantean posibles líneas de investigación futuras relacionadas con este trabajo. / [CA] En aquesta tesi anomenada "Estudi modal d'antenes integrades en cossos geomètrics i cavitats", s'estudia en primera instància la teoria de les maneres característiques, enfocada a la interpretació física dels seus paràmetres, i s'exposen breument diferents metodologies per al disseny d'antenes. A manera de guia inicial de disseny d"antenes, s"analitzen els modes característics d"estructures simples utilitzant l"eina de simulació FEKO. A continuació, s'apliquen els criteris d'anàlisi de les maneres característiques a cossos geomètrics 2D i el seu acoblament amb estructures simples de fil. Entre els cossos geomètrics plans estudiats hi ha: una placa quadrada i el seu acoblament amb fils radials, un disc i el seu acoblament amb discos petits a l'interior. En base als resultats d'estructures planes, l'estudi continua amb l'anàlisi de les maneres característiques de cossos geomètrics tridimensionals, com ara un cub i un cilindre, així com versions allargades d'aquestes estructures. A més, s'analitza la galleda amb radials en diferents orientacions. També s'hi estudien cavitats obertes quadrades i cilíndriques. Aquestes estructures s'examinen amb elements d'alimentació i se n'observen els efectes en la resposta modal. D'altra banda, s'estudien les estructures 3D compostes per aconseguir, segons el cas, antenes multiport amb un o múltiples feixos, gran amplada de banda, bon aïllament entre ports, diversitat de polarització o polarització circular. En diversos casos, se sintetitzen o combinen maneres per assolir els objectius desitjats. Amb el propòsit d'aplicar els estudis modals de cossos geomètrics i cavitats, es fa una anàlisi completa utilitzant ona completa amb el programari de simulació CST Studio Suite. Aquestes propostes se centren en aplicacions de 5G i IoT. A més, l'estructura cúbica amb radials s'enfoca a aplicacions de CubeSat. Diversos d'aquests prototips es fabriquen i es fan mesuraments. Els resultats de les simulacions i els mesuraments es comparen per validar les propostes. Per concloure, es resumeixen les conclusions dels resultats més rellevants obtinguts durant el desenvolupament daquesta tesi. Així mateix, es plantegen possibles línies de recerca futures relacionades amb aquest treball. / [EN] In this thesis entitled "Modal Investigation of Antennas Integrated into Geometric Bodies and Cavities," the theory of characteristic modes is explored initially, with a specific focus on the physical interpretation of its parameters. Various methodologies for antenna design are briefly introduced as well. To provide an initial guidance for antenna design, the characteristic modes of simple structures are analyzed using the FEKO simulation tool. Subsequently, the criteria for examining characteristic modes are applied to 2D geometric bodies and their interactions with simple wire structures. Among the planar geometric bodies investigated are a square plate coupled with radial wires and a disk coupled with smaller disks within it. Building upon the findings from planar structures, the study proceeds to investigate the characteristic modes of three-dimensional geometric bodies, including a cube, a cylinder, and elongated variations of these structures. Additionally, the analysis encompasses cubes with radials oriented in different directions. The study also extends to square and cylindrical open cavities, which are examined with feed elements to observe their impact on modal response. Furthermore, composite 3D structures are examined to achieve various objectives, such as multiport antennas with single or multiple beams, wide bandwidth, strong isolation between ports, polarization diversity, or circular polarization. In several instances, modes are synthesized or combined to meet specific goals. To facilitate the application of modal studies on geometric bodies and cavities, a comprehensive analysis is conducted using full-wave simulations with CST Studio Suite software. These proposals are primarily geared toward 5G and IoT applications, with a particular emphasis on CubeSat applications in the case of the cubic structure with radials. Several prototypes are fabricated, and measurements are carried out to validate the results obtained from simulations. In conclusion, the thesis summarizes the most significant findings obtained throughout its development. Additionally, it proposes potential avenues for future research related to this work. / Llanga Vargas, A. (2024). Estudio modal de antenas integradas en cuerpos geométricos y cavidades [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203191

[ES] En los últimos años han proliferado los nuevos sistemas de satélites, sobre todo las grandes constelaciones en las órbitas terrestres bajas. Casi todos los satélites transmiten señales digitales con diversas modulaciones y niveles de potencia. Y no sólo eso, el modelo de negocio exige un rápido despliegue de los satélites, lo que impone enormes restricciones a los proveedores de equipos de carga útil de microondas. Un área de riesgo clave para estos equipos sigue siendo la avería del multipactor bajo niveles de potencia de moderados a altos. Debido a la aleatoriedad inherente al fenómeno multipactor, los clientes tienden a añadir márgenes de diseño adicionales para los componentes de microondas de alta potencia. Esto se traduce en costes más elevados, dispositivos más voluminosos y más tiempo para las pruebas. A partir de la experiencia personal realizando ensayos de multipactor, la principal motivación del trabajo descrito en la tesis ha sido emprender una revisión exhaustiva de este fenómeno y desarrollar capacidades de ensayo multipactor de vanguardia. Proporcionar medios para la prueba rápida de multipactores bajo una variedad de señales moduladas de banda ancha. La tesis demuestra que las modulaciones analógicas y digitales tienen un impacto significativo en el umbral multipactor. También se analizan los regímenes multipactor a corto y largo plazo, regímenes que, en algunos casos, presentan umbrales multipactor muy diferentes para el mismo hueco crítico. La necesidad de reducir el peso de la carga útil de microondas convierte a la multiportadora en una excelente opción para los diseñadores. Al encaminar varias señales a través del mismo dispositivo, el peso de la carga útil se reduce drásticamente. Las soluciones comerciales para pruebas multicarrier no son adecuadas debido a los altos niveles de potencia requeridos. Se presentan varias estrategias para implementar bancos de pruebas multiportadora con parámetros controlables. Los resultados demuestran que la señal generada es precisa y estable en el tiempo. Por último, se propone un novedoso sistema de detección de multipactores para hacer frente a la detección de multipactores cuando se utilizan señales moduladas y multiportadora de cualquier ancho de banda. Este método tiene la misma sensibilidad que el conocido anulador de microondas para señales de onda continua y la supera para señales moduladas. El procesamiento digital de señales utilizado para detectar los patrones multipactor proporciona un método de detección totalmente autónomo. / [CA] En els darrers anys han proliferat els nous sistemes de satèl·lits, sobretot les grans constel·lacions a les òrbites terrestres baixes. Gairebé tots els satèl·lits transmetten dades digitals amb diverses modulacions i nivells de potència. I no només això, el model de negoci exigeix un ràpid desplegament dels satèl·lits, cosa que imposa enormes restriccions als proveïdors de càrrega útil de microones. Una àrea de risc clau per a aquests equips continua sent la descarrega de multipactor sota nivells de potència de moderats a alts. A causa de l'aleatorietat inherent al fenomen multipactor, els clients tendeixen a afegir marges de disseny addicionals per als components de microones d'alta potència. Això es tradueix en costos més elevats, dispositius més voluminosos i més temps per a les proves. A partir de l'experiència personal realitzant assajos de multipactor, la motivació principal del treball descrit a la tesi ha estat emprendre una revisió exhaustiva d'aquest fenomen i desenvolupar capacitats d'assaig multipactor d'avantguarda. Proporcionar mitjans per a la prova ràpida de multipactors sota una varietat de senyals modulats de banda ampla. La tesi demostra que les modulacions analògiques i digitals tenen un impacte significatiu al llindar multipactor. També s'analitzen els règims multipactor a curt i llarg termini, règims que, en alguns casos, presenten llindars multipactor molt diferents per al buit crític mateix. La necessitat de reduir el pes de la càrrega útil de microones fa de la transmissií multiportadora en una excel·lent opció per als dissenyadors. Encaminant diverses senyals a través del mateix dispositiu, el pes de la càrrega útil es redueix dràsticament. Les solucions comercials per a proves multicarrier no són adequades a causa dels alts nivells de potència requerits. Es presenten diverses estratègies per implementar bancs de proves multiportadora amb paràmetres controlables. Els resultats demostren que el senyal amb què s'alimenta el dispositiu sotmès a proves és precís i estable en el temps. Finalment, es proposa un nou sistema de detecció de multipactors per fer front a la detecció de multipactors quan s'utilitzen senyals modulats i multiportadors de qualsevol amplada de banda. Aquest mètode té la mateixa sensibilitat que el conegut anul·lador de microones per a senyals d'ona contínua i la supera per a senyals modulats. El processament digital de senyals utilitzat per detectar els patrons multiactor proporciona un mètode de detecció totalment autònom. / [EN] In the recent past, there has been a proliferation of new satellite systems, especially the large constellations in the Low Earth Orbits (LEOs). Nearly all satellites now carry digital traffic with a variety of modulations and power levels. Not only that, the business model requires rapid deployment of satellites, putting enormous constraints for the suppliers of microwave payload hardware. A key risk area for such equipment remains the multipactor breakdown under moderate to high power levels. Owing to the inherent randomness of the multipactor phenomenon, customers tend to add extra design margins for the high power microwave components. This results in higher costs, bulkier devices and longer time for testing. Based on personal experience in multipactor testing, the prime motivator for the work described in the thesis has been to undertake a comprehensive review of this phenomenon and develop cutting edge multipactor test capabilities, providing means for the rapid multipactor testing under a variety of wide-band modulated signals. The thesis dissertation shows that analog and digital modulations have a significant impact in the multipactor threshold. The short and long-term multipactor regimes are also analyzed, regimes that, in some cases, have very different multipactor thresholds for the same critical gap. The need to reduce the microwave payload weight by using multicarriers in a single transponder provides an excellent option for designers. By routing several signals through the same device, the payload weight is dramatically reduced. Commercial solutions for multicarrier testing are not suitable because of the high power levels required. Several strategies to implement multipactor test benches with controllable parameters are presented. Results prove that the signal being fed to the device under tests is accurate and stable over time. Finally, a novel multipactor detection system is proposed to cope with multipactor detection when modulated and multicarrier signals of any bandwidth are used. This method has the same sensitivity as the well known microwave nulling for continuous wave signals and surpasses it for modulated signals. The digital signal processing used to detect the multipactor patterns provides a full autonomous detection method. / Monerris Belda, Ó. (2023). Advanced Techniques for Multipactor Testing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192786

[ES] Las fibras de multiplexación por división espacial surgieron en la última década como solución al cuello de botella en la capacidad en las redes de comunicación de fibra óptica monomodo. Utilizan el espacio, la última técnica de multiplexación en comunicaciones ópticas, para aumentar la capacidad total en comunicaciones digitales al tiempo que reducen las necesidades de espacio. Las fibras multinúcleo, un tipo de fibras de multiplexación por división espacial compuestas por varios núcleos individuales dentro de la misma cubierta, son prometedoras para las comunicaciones de largo alcance por su compatibilidad inmediata con las redes de fibra actuales. Además, las fibras multinúcleo han despertado interés en otros campos de aplicación, como las interconexiones de centros de datos, las comunicaciones cuánticas, las redes de acceso radio y la Fotónica de Microondas. Además, estas fibras presentan un gran potencial no sólo para la distribución de señales, sino también para su procesado. Las funcionalidades de procesado de señal pueden beneficiarse significativamente del uso de estas fibras en términos de compacidad y peso, garantizando al mismo tiempo versatilidad, reconfigurabilidad y rendimiento estable de banda ancha. En esta Tesis, proponemos la explotación del paralelismo inherente que se encuentra en las fibras multinúcleo para implementar el procesado distribuido de señales ópticas y de microondas. En primer lugar, estudiamos la realización de un componente óptico clave en el procesado de señales en Fotónica de Microondas, la línea de retardo en tiempo real muestreada, con fibras multinúcleo heterogéneas. Esto comprende la validación del rendimiento de una fibra heterogénea de 7 núcleos previamente fabricada, la demostración experimental de las funcionalidades de procesado de señales de microondas; incluyendo el filtrado de señales, la conformación óptica de haces y la generación de formas de onda arbitrarias; y el diseño y fabricación de una fibra heterogénea de 19 núcleos que se comporta como una línea de retardo en tiempo real sintonizable. Esta fibra se fabricó escalando 3 preformas diferentes, cada una con un perfil de índice refractivo específico, para obtener núcleos con unas características de propagación determinadas. Por último, proponemos diferentes diseños de fibras multinúcleo heterogéneas específicos para aplicaciones novedosas de distribución y procesado de señales ópticas, incluyendo la distribución de claves cuánticas, la compensación paralela de la dispersión cromática y los efectos Talbot temporales paralelos. / [CA] Les fibres de multiplexació per divisió espacial van sorgir en la darrera dècada per a solucionar el coll de botella en la capacitat de les xarxes de comunicació de fibra òptica monomode. Utilitzen l'espai, l'última tècnica de multiplexació en comunicacions òptiques, per a incrementar la capacitat total en comunicacions digitals al mateix temps que redueixen les necessitats espacials. Les fibres multinucli, un tipus de fibres de multiplexació per divisió espacial compostes per diversos nuclis individuals situats dins la mateixa coberta, són prometedores per a les comunicacions de llarg abast per la immediata compatibilitat amb les xarxes de fibra òptica actuals. Per aquest motiu, les fibres multinucli han despertat interès en altres àmbits d'aplicació, com les interconnexions de centres de dades, les comunicacions quàntiques, les xarxes d'accés radio i la Fotònica de Microones. A més, aquestes fibres presenten un gran potencial no només per a la distribució de senyals, sinó també per al seu processament. Les funcionalitats de processament de senyals poden beneficiar-se significativament del seu ús en relació a la compacitat i al pes, mentre garanteixen versatilitat, reconfigurabilitat i rendiment estable de banda ampla. En aquesta Tesi, proposem l'explotació del paral·lelisme inherent de les fibres multinucli per a implementar processament distribuït de senyals òptiques i de microones. En primer lloc, estudiem la realització d'un component òptic clau en el processament de senyals en la Fotònica de Microones, la línia de retard en temps real mostrejada, amb fibres multinucli heterogènies. Això comprèn la validació del rendiment d'una fibra de heterogènia 7 nuclis fabricada prèviament, la demostració experimental de les funcionalitats de processament de senyals de microones sobre aquesta mateixa fibra; la qual cosa inclou el filtrat de senyals, la conformació òptica de feixos i la generació de formes d'ona arbitràries; i el disseny i fabricació d'una fibra heterogènia de 19 nuclis que es comporta com una línia de retard en temps real sintonitzable. Aquesta fibra es va fabricar escalant 3 preformes diferents, cadascuna amb un perfil d'índex refractiu específic, per obtindre nuclis amb característiques de propagació determinades. Per últim, proposem diversos dissenys específics de fibres multinucli heterogènies per a aplicacions innovadores de distribució i processament de senyals òptiques, incloent la distribució de claus quàntiques, la compensació paral·lela de la dispersió cromàtica i els efectes Talbot temporals en paral·lel. / [EN] Space-division multiplexing fibers emerged in the last decade as a solution to the capacity bottleneck in single-mode optical fiber communication networks. They utilize space, the last multiplexing technique in optical communications, to increase the total capacity in digital communications whilst reducing space needs. Multicore fibers, a type of space-division multiplexing fibers comprised of multiple individual cores within the same cladding, are promising for long-reach communications because of their immediate compatibility with current fiber networks. Moreover, multicore fibers have raised interest in other fields of application such as data-center interconnects, quantum communications, radio access networks and Microwave Photonics. Apart from that, these fibers exhibit great potential not only for signal distribution but also for signal processing. Signal processing functionalities can benefit significantly from using these fibers in terms of compactness and weight, while assuring broadband versatility, reconfigurability, and performance stability. In this Thesis, we propose the exploitation of the inherent parallelism found in multicore fibers to implement distributed signal processing for optical and microwave signals. First, we study the realization of a key optical component in Microwave Photonics signal processing, the sampled true-time delay line, with heterogeneous multicore fibers. This comprises the performance validation of a previously fabricated heterogeneous 7-core fiber, the experimental demonstration of microwave signal processing functionalities including signal filtering, optical beamforming, and arbitrary waveform generation, and the design and fabrication of a heterogeneous 19-core fiber that behaves as a tunable true-time delay line. This fiber was fabricated by scaling down 3 different preforms, each with a specific refractive index profile, with a different ratio to obtain cores with determined propagation characteristics. Lastly, we propose different custom heterogeneous multicore fiber designs for novel optical signal distribution and processing applications, including quantum key distribution, parallel chromatic dispersion compensation and parallel temporal Talbot effects. / Ureña Gisbert, M. (2023). Novel Multicore Optical Fibers for Signal Distribution and Processing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196862