Las redes de área corporal permiten la interconexión de nodos independientes situados dentro o fuera de la superficie corporal o, incluso, alejados de dicha superficie. En cuanto a las comunicaciones intracorporales, el establecimiento de un enlace robusto con una cápsula endoscópica o con un marcapasos, son ejemplos de los avances tecnológicos conseguidos en las últimas décadas. A pesar de estos desarrollos en asistencia sanitaria, los estándares actuales para este tipo de comunicaciones no permiten conexiones inalámbricas de alta velocidad de transmisión, las cuales son comunes en los servicios actuales de telecomunicaciones. Los sistemas UWB han surgido como potencial candidato para las futuras redes de comunicaciones inalámbricas intracorporales. No obstante, el principal obstáculo de la tecnología UWB para aplicaciones intracorporales es la alta atenuación que sufren las señales transmitidas al atravesar los distintos tejidos corporales, que aumenta drásticamente con el aumento de la frecuencia. Por tanto, es importante una caracterización precisa del canal UWB intracorporal a la hora de validar dicha banda como la adecuada para este propósito.Esta tesis se centra en el análisis de la tecnología UWB para posibilitar comunicaciones intracorporales inalámbricas desde un punto de vista experimental. Para conseguir este objetivo, se ha empleado un novedoso sistema de medidas experimental basado en fantomas en diversos escenarios de propagación intracorporal. De esta forma, se pueden comprobar las pérdidas de propagación en el medio así como la diversidad del canal de una forma fiable. Con el fin de validar los valores obtenidos en el laboratorio, se han comparado y analizado con los obtenidos en un experimento in vivo. Por otro lado, se han diseñado y fabricado nuevas antenas UWB candidatas para comunicaciones intracorporales, empleando técnicas existentes y nuevas de miniaturización y optimización. Finalmente, se han usado técnicas basadas en diversidad para mejorar el rendimiento del canal de propagación en dos escenarios intracorporales diferentes. / Wireless Body Area Networks allow the interconnection between independent nodes located either inside or over the body skin or further. Regarding in-body communications, establishing a proper link with a capsule endoscope or with a pacemaker are examples of technological advances achieved in the last decades. In spite of these healthcare developments, current standards for these kind of communications do not allow high data rate wireless connections, which are common in the current telecommunication services. UWB systems have emerged as a potential solution for future wireless in-body communications. Nevertheless, the main drawback of UWB for in-body applications is the high attenuation of human body tissues which increases dramatically with the increment of frequency. Hence, an accurate UWB in-body channel characterization is relevant in order validate UWB frequency band as the best candidate for future networks of implantable nodes. This thesis is devoted to test UWB technology for in-body communications from an experimental point of view. To achieve this goal, a novel spatial phantom-based measurement setup is used in several in-body propagation scenarios. Thus, the losses in the propagation medium and the channel diversity are checked in a reliable way. In order to check the values obtained in laboratory, they are compared and discussed with those obtained in an in vivo experiment. On the other hand, new UWB antenna candidates for inbody communications are designed and manufactured by using typical and new miniaturization and antenna optimization techniques for this purpose. Finally, diversity-based techniques are used to improve the performance of the propagation channel in two different in-body scenarios. / Les xarxes d'àrea corporal permeten la interconnexió de nodes independents situats, o bé dins, o bé sobre la pell, o inclús allunyats del propi cos. Pel que fa a les comunicacions intracorporals, l'establiment d'un bon enllaç amb una càpsula endoscòpica o amb un marcapassos, són exemples dels avanços tecnològics aconseguits les darreres dècades. A pesar d'aquests desenvolupaments en assistència sanitària, els estàndards actuals per a aquests tipus de comunicacions no permeten connexions sense fil d'alta velocitat de transmissió, que són habituals als serveis actuals de telecomunicacions. Els sistemes UWB han sorgit com una solució potencial per a les futures comunicacions sense fill intracorporals. No obstant, el principal obstacle de la tecnologia UWB per a les aplicacions intracorporals és l'alta atenuació dels teixits del cos humà, que augmenta dràsticament amb l'increment de freqüència. Per tant, és important una caracterització acurada del canal UWB intracorporal a l'hora de validar la banda de freqüència UWB com a la millor candidata per a les futures xarxes de nodes implantats.Aquesta tesi se centra en l'anàlisi de la tecnologia UWB per a comunicacions intracorporals des d'un punt de vista experimental. Per a aconseguir aquest objectiu s'ha emprat un sistema novedós de mesures experimentals, basat en fantomes, en diversos escenaris de propagació intracorporal. D'aquesta manera es poden comprovar les pèrdues de propagació en el medi i la diversitat del canal d'una forma fiable. Per tal d'avaluar els valors obtinguts al laboratori, s'han comparat i analitzat amb aquells obtinguts en un experiment in vivo. Per altra banda, s'han dissenyat i fabricat noves antenes UWB candidates per a comunicacions intracorporals emprant tècniques típiques i noves de miniaturització i optimització d'antenes per a aquest propòsit. Finalment s'han usat tècniques basades en diversitat per a millorar el rendiment del canal de propagació en dos escenaris intracorporals diferents. / Andreu Estellés, C. (2018). UWB radio channel and diversity characterization for wireless implanted devices [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111836

[ES] Debido a la importancia de los campos de aplicación del sensor de radar de banda ultraancha, y también a los requisitos de cada aplicación específica, existe una demanda creciente de diseño compacto, de bajo coste y alta precisión del sensor de radar de banda ultraancha. Para responder a estas exigencias, esta tesis pretende proponer un sensor de radar UWB avanzado. Este trabajo de investigación se centra en el diseño del sensor de radar de banda ultraancha (UWB) para aplicaciones no destructivas (END). Los detalles de diseño incluyen el diseño de un generador de pulsos ultracorto, de alta potencia con un timbre mínimo. El radar desarrollado fue construido con una configuración biestática. El objetivo de este trabajo es medir el rango de distancia y las propiedades eléctricas de un objetivo, por ejemplo, metales y materiales dieléctricos, como el cloruro de polivinilo (PV C). Para lograr este objetivo, se ha desarrollado un novedoso generador de pulsos de alta potencia ultra-corto (pulsador de radar). El nuevo generador de pulsos consiste en un transistor que funciona en modo de avalancha y un circuito de afilado de pulsos que utiliza un nuevo modelo de diodo de recuperación de paso (SRD). Para convertir el pulso gaussiano en un monociclo, se ha añadido una red de formación de monociclo (MFN). El generador de impulsos desarrollado produce un impulso eléctrico con una amplitud de 12 V, un tiempo de subida de 112 ps y un ancho de impulso (FWHM) de 155 ps. Con el fin de aumentar la amplitud de los pulsos, se han propuesto dos técnicas útiles en este trabajo. El primero consiste en agregar dos generadores en paralelo, en este diseño propuesto se tuvo en cuenta alguna especificación para hacer que este circuito funcione. Sin embargo, la segunda técnica adoptada en este trabajo consiste en dos etapas de generadores, ambas técnicas dan lugar a un buen rendimiento; en lugar de un solo módulo de un generador de impulsos, las técnicas propuestas en este trabajo aumentan la amplitud en torno al doble. Ambas técnicas han sido investigadas en detalle. Para transmitir y recibir los impulsos ultracortos generados, se utilizaron dos tipos diferentes de antenas UWB. En primer lugar, una antena Vivaldi con un ancho de banda de unos 5,5 GHz de 600 MHz a 6 GHz. La segunda es una antena Vivaldi con un ancho de banda de 6 GHz de 400 Mhz a 6,2 GHz. Utilizando el sensor de radar de banda ultraancha desarrollado, se realizaron mediciones de prueba. Esto incluye las propiedades eléctricas, así como la medición de la distancia a las placas de metal, madera y PVC. La incertidumbre del sensor de radar es de 14 mm (datos medidos asustados a + 14 mm para un blanco fijo). El diseño y la implementación real que conduce a lograr un excelente prototipo de rendimiento para una aplicación no destructiva. / [CA] A causa de la rellevància dels camps d'aplicació del sensor de radar d'ultra banda ampla, i també l'exigència de cada aplicació específica, hi ha una demanda creixent de disseny compacte, de baix cost i alta precisió del sensor de radar d'ultra banda ampla. Amb la intenció d'atendre aquestes demandes, aquesta tesi pretén proposar un sensor avançat de radar UWB. Aquest treball de recerca tracta del disseny del sensor de radar d'ultra-banda ampla (UWB) per a aplicacions no destructives (NDT). Els detalls del disseny inclouen el disseny d'un pols de monocicle amb pols de potència d'alta potència i amb un mínim de timbre. El radar desenvolupat va ser construït en configuració bi-estàtica. L'objectiu d'aquest treball és mesurar el rang de distància i les propietats elèctriques d'un objectiu, per exemple, materials metàl·lics i dielèctrics, com el clorur de polivinil (PV C). Per assolir aquest objectiu, s'ha desenvolupat un nou ultrasò, generador de pols d'alta potència (polsador de radar). El nou generador de pols està format per un transistor que funciona en mode d'allaus i un circuit d'afilat de pols mitjançant un nou model de díode de recuperació de pas (SRD). Per a convertir el pols gaussiano en un monocicle, s'ha afegit una xarxa de formació de monocicles (MFN). El generador de polsos desenvolupat produeix un pols elèctric amb una amplitud de 12 V, un temps d'augment de 112 ps i un ample de pols (FWHM) de 155 ps. Amb l'objectiu d'augmentar l'amplitud dels polsos, s'han proposat dues tècniques útils en aquest treball. El primer consisteix a afegir dos generadors de forma paral·lela, en aquest disseny proposat, cal tenir en compte algunes especificacions per a fer la viabilitat d'aquest circuit. No obstant això, la segona tècnica adoptada en aquest treball consisteix en una doble etapa de generadors, ambdues tècniques donen lloc a una bona actuació; en lloc d'un únic mòdul d'un generador de pols, les tècniques proposades en aquest treball augmenten l'amplitud al voltant del doble. Per transmetre i rebre polsos ultra-curts generats, s'han utilitzat dos tipus diferents d'antenes UWB. En primer lloc, una antena de Vivaldi amb un ample de banda d'uns 5,5 GHz de 600 MHz a 6 GHz. Mentre que la segona és una antena Vivaldi amb un ample de banda de 6 GHz de 400 MHz a 6.2 GHz. Mitjançant el sensor de radar ultra-ampla desenvolupat, es va realitzar la mesura de la prova. Incloïen propietats elèctriques i mesures de distància a les plaques metàl·liques, fusta i PVC. S'ha trobat que la incertesa del sensor de radar és de 14 mm (dades mesurades espantades entre + 14 mm per a un objectiu fix). El disseny i la implementació real condueixen a aconseguir un excel·lent prototip de rendiment per a una aplicació no destructiva. / [EN] Due to the relevance of application fields of ultra-wideband radar sensor, and also the requirement of each specific application, there is an increasing demand of compact, low cost and high accuracy design of ultra-wideband radar sensor. With a view to addressing these demands, this thesis aims to propose an advanced UWB radar sensor. This research work deals with the design of the ultra-wideband (UWB) radar sensor for non-destructive (NDT) application. The design details include the design of ultra-short, high power pulse generator monocycle pulse with a minimum of ringing. The developed radar was build in bi-static configuration. The goal of this work is to measure the distance range and electrical properties of a target e.g, metal and dielectric materials, such as Polyvinyl chloride (PV C). To achieve this goal, a novel ultrashort, high power pulse generator (radar pulser) has been developed. The new pulse generator consists of a transistor operating in avalanche mode and a pulse sharpening circuit using a new model of step recovery diode (SRD). In order to converts the Gaussian pulse to a monocycle, a monocycle forming network (MFN) has been added. The developed pulse generator produces an electrical pulse with an amplitude of 12 V, a rise-time of 112 ps and pulse width (FWHM) of 155 ps. For the purpose to increase the amplitude of the pulses, two useful techniques have been proposed in this work. The first one consist of adding two generators in parallel, in this proposed design some specification was be taking into account to making the workability of this circuit. However, the second technic adopted in this work consists of a two-stage of generators, both technics give rise to a good performance; instead of a single module of a pulse generator, the techniques proposed in this work increase the amplitude around the double. In order to transmit and receive the generated ultra-short pulses, two different types of UWB antennas have been used. First, a Vivaldi antenna with a bandwidth of about 5.5 GHz from 600 MHz to 6 GHz. While the second is a Vivaldi antenna with a bandwidth of 6 GHz from 400 Mhz to 6,2 GHz. Using the developed ultra-wideband radar sensor, test measurement was performed. These included electrical properties as well as distance measurement towards metal plates, wood, and PVC. The uncertainty of the radar sensor has been found to be 14 mm (measured data scared within + 14 mm for a fixed target). The design and real implementation leading to achieve excellent performance prototype for a non-destructive application. / Ahajjam, Y. (2019). Design and Implementation of a UWB Radar Sensor for Non-Destructive Application [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124057

[ES] En el marco de esta tesis se van a estudiar, principalmente, los efectos del movimiento de alta dinámica en receptores de Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS). El término alta dinámica es un término utilizado para referirse al movimiento de los vehículos en los que van embarcados receptores GNSS, los cuales se mueven lo suficientemente rápido como para causar un gran desplazamiento en frecuencia de la portadora debido al efecto Doppler. Se identificarán los problemas inherentes a este tipo de entornos y se estudiarán y propondrán soluciones. Para poder efectuar el estudio de estos fenómenos, se diseñará un demostrador tecnológico (conjunto de hardware y software para prueba y prototipado de tecnologías) en el que desarrollar el estudio de los casos de interés. Con el fin de trabajar en un entorno repetible, se utilizará un generador de señal GNSS. La señal generada se traslada a un receptor de radiofrecuencia definido por software, Software Defined Radio (SDR). Este tipo de receptor únicamente se encarga de digitalizar la señal de entrada y de llevar las muestras digitales a un ordenador, de modo que todo el procesado de señal se implementa en dicho ordenador. Este esquema de trabajo es ideal habida cuenta de su simplicidad y flexibilidad. Dicha flexibilidad conlleva la posibilidad de sintonizar el demostrador para poder estudiar una amplia gama de arquitecturas de receptor GNSS. Una vez se haya ensamblado el demostrador, se comprobará su correcto funcionamiento en escenarios conocidos usando los algoritmos más utilizados a día de hoy en receptores GNSS. Asegurado el correcto funcionamiento, se comparará el rendimiento de algoritmos de referencia con los algoritmos a estudiar y se extraerán conclusiones. / [CA] En aquest treball s'estudiaran, principalment, els efectes del moviment d'alta dinámica en receptors de Navegació per Satèl.lit GNSS (Global Navigation Satellite System). La denominació alta dinámica, s'utilitza per a descriure el moviment dels vehicles dins dels quals hi han receptors GNSS. El moviment d'aquests vehicles és suficientment ràpid com per a causar un gran desplaçament en freqüència de la freqüència portadora. Aquest desplaçament és consqüència de l'efecte Doppler. S'identificaran els problemes inherents d'aquest tipus de entorns GNSS i es propsararàn solucions. Per a estudiar l'efecte de l'alta dinàmica, es dissenyarà un demostrador tecnològic (conjunt de maquinari i software per a proves i prototipat de tecnologies) en que es pot desenvolupar l'estudi dels casos d'interès. Amb l'objectiu d'aconseguir treballar en un entorn repetible s'utilitzarà un generador de senyal GNSS. El senyal es processarà mitjançant un receptor SDR (Software Defined Radio). Aquest tipus de receptor s'encarrega del processat que fa un receptor GNSS en un PC. Aquesta filosofia de treball és idónia per la seua flexibilitat i simplicitat. Quan s'haja ensamblat el demostrador, és comprovarà el seu correct funcionament en escenaris de prova utilitzant els algoritmes implementats en receptors GNSS comercials. En aquest moment, el demostrador estarà preparat per a estudiar el casos d'alta dinàmica, que és l'objectiu fonamental d'aquest treball. / [EN] The study of the effects of the high dynamics on Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers constitute the main matter of study in this work. The term high dynamics refers to the movement of vehicles that carry GNSS embedded receivers, which move fast enough to generate a large carrier frequency drift caused by the Doppler effect. The problems linked to these environments will be characterized and solutions to counteract possible signal impairments will be discussed. In order to correctly characterize these problems, a technological demonstrator (set of hardware components interacting with software tools enabling fast prototyping) will be designed and constructed. Using this technological demonstrator, different case studies will be developed. With the aim of achieving experimental repeatability, a GNSS signal generator will be used. The generated GNSS signal is fed to a Software Defined Radio (SDR) GNSS receiver. This receiver type is in charge of digitizing the analog RF signal and carrying the resulting samples to a computer in which signal processing tasks implementing the functions of GNSS receivers, take place. The main advantage linked to the usage of this work scheme is that by changing the software part, different receiver architectures can be implemented in a simple manner. Furthermore, by taking advantage of the flexible architecture it is possible to tune the detector in such a manner that it is possible to implement many different architecture types. Once the technological demonstrator is assembled, tests to assure its correct operation will be conducted by performing comparisons with the behaviour of well-known GNSS receivers in known scenarios. Later on, comparative tests using signals from high dynamics scenarios will take place. Insight and analysis of comparative performance will be given. / Alcaide Guillén, C. (2019). Design and development of a technological demonstrator for the study of high dynamics GNSS receivers [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/131697

Tesis por compendio / [ES] La revolución posibilitada por las aplicaciones fotónicas durante las últimas décadas ha dejado su impronta en la sociedad tal y como la conocemos actualmente. Ejemplos claros de este impacto están patentes en, por ejemplo, el enorme tráfico de datos generado por el uso de Internet o el empleo extendido de algunas técnicas biomédicas con fines diagnósticos o quirúrgicos, que no podrían entenderse sin el incesante desarrollo de los sistemas ópticos. La necesidad de combinar y miniaturizar estos sistemas para generar funcionalidades más avanzadas dio lugar al nacimiento de los circuitos fotónicos integrados (PICs), que es donde esta tesis comenzó a tomar forma. En este sentido, observamos limitaciones en términos de flexibilidad o reconfigurabilidad inherentes a la naturaleza guiada de la mayoría de los PICs realizados hasta el momento. En el caso de circuitos plasmónicos, observamos también limitaciones por las pérdidas que tienen las guías metálicas a altas frecuencias. La inclusión de estructuras inalámbricas (basadas principalmente en nanoantenas plasmónicas) en la capa fotónica surgió para mitigar estas pérdidas, abriendo también nuevas vías de investigación. Sin embargo, estos dispositivos aún presentaban rendimientos muy pobres como elementos puramente radiantes en el régimen de campo lejano. Para superar estas deficiencias, en este trabajo, introdujimos un enfoque novedoso en el desarrollo de dispositivos inalámbricos en la nanoescala, que dio forma a lo que llamamos on-chip wireless silicon photonics. Este nuevo concepto se apoyó en el uso de nanoantenas de silicio compatibles con procesos CMOS, que constituyen las estructuras clave que posibilitan un vasto catálogo de aplicaciones en redes fotónicas de comunicación o en sensores ultra-integrados, así como para la interconexión de sistemas dieléctricos-plasmónicos avanzados. En el ámbito de las comunicaciones, gracias a las sencillas reglas de diseño para adaptar la directividad de estas nanoantenas a diversas aplicaciones, pudimos demostrar por primera vez transmisiones inalámbricas de datos (mediante el uso de antenas altamente directivas) en redes on-chip reconfigurables o desarrollar dispositivos para generar a voluntad focos electromagnéticos de manera dinámica en espacios bidimensionales (gracias a antenas con una directividad más baja). Por otro lado, en el campo del biosensado, diseñamos y fabricamos un dispositivo lab-on-a-chip para la identificación de micropartículas, basado en el uso de antenas dieléctricas -presentando un rendimiento equiparable a los mejores diseños desarrollados hasta el momento- que incluye el subsistema óptico más compacto demostrado hasta la fecha. Finalmente, fuimos capaces de conectar experimentalmente y de manera eficiente antenas basadas en silicio con estructuras plasmónicas para el desarrollo de nuevas aplicaciones en la nanoescala, aunando las ventajas del on-chip wireles silicon photonics para comunicaciones en chip, conformación dinámica de haces o biosensado con las ventajas de la plasmónica para la manipulación e interacción con luz. / [CA] La revolució habilitada per les aplicacions fotòniques durant les últimes dècades ha deixat la seua empremta en la societat actual tal com la coneixem. Exemples clars d'aquest impacte estan patents en, per exemple, l'enorme tràfic de dades generat per l'ús d'Internet o d'algunes tècniques biomèdiques amb fins diagnòstics o quirúrgics, que no es podrien entendre sense l'incessant desenvolupament dels sistemes òptics. La necessitat de combinar i miniaturitzar aquests sistemes per produir funcionalitats més avançades va donar lloc al naixement dels circuits fotònics integrats (PICs), que és on aquesta tesi va començar a prendre forma. En aquest sentit, observem limitacions en termes de flexibilitat o reconfigurabilitat inherents a la naturalesa guiada de la majoria dels PICs realitzats fins al moment. En el circuits plasmònics, tenim a mès les limitacions de les elevades pèrdues que les guies metàl·liques tenen a altes freqüències. La inclusió d'estructures sense fil (basades principalment en l'ús de nanoantenes plasmòniques) a la capa fotònica va sorgir per mitigar aquestes pèrdues, obrint també noves vies d'investigació. No obstant això, aquests dispositius encara presentaven rendiments molt pobres com a elements purament radiants en el règim de camp llunyà. Per superar aquestes deficiències, en aquest treball, vam introduir un enfocament innovador en el desenvolupament de dispositius sense fil a la nanoescala, que va donar forma al que anomenem on-chip wireless silicon photonics. Aquest nou concepte està basat en l'ús de nanoantenes de silici compatibles amb processos CMOS, que constitueixen les estructures clau que possibiliten un vast catàleg d'aplicacions en xarxes fotòniques de comunicació o en sensors ultra-integrats, així com per a la interconnexió de sistemes dieléctrics-plasmònics avançats. En l'àmbit de les comunicacions, gràcies a les senzilles regles de disseny per adaptar la directivitat de les antenes a les diverses aplicacions, vam poder demostrar per primera vegada transmissions de dades on-chip (mitjançant l'ús d'antenes altament directives) en xarxes reconfigurables o desenvolupar un dispositiu per generar a voluntat focus electromagnètics de manera dinàmica en espais bidimensionals (gràcies a antenes amb una directivitat més baixa). D'altra banda, en el camp del biosensing, vam dissenyar i fabricar un sensor lab-on-a-chip per a la classificació de micropartícules, basat en l'emprament d'antenes dielèctriques amb un rendiment a l'avantguarda dels millors dispositius de l'estat de l'art, que inclou el subsistema òptic més compacte demostrat fins al moment. Finalment, vam ser capaços de connectar experimentalment i de manera eficient antenes basades en silici amb estructures plasmònics per al desenvolupament de noves aplicacions en la nanoescala, unint els avantatges del on-chip wireless silicon photonics per a comunicacions en xip, conformació dinàmica de feixos o biosensat amb els avantatges de la plasmònica per a la manipulació e interacció amb llum. / [EN] The revolution sparked by photonic applications during the last decades has made its mark in society, as we currently know it. Clear examples of this impact are patent in, for instance, the colossal worldwide data traffic generated by the use of the Internet or the widespread utilization of some biomedical techniques for diagnostic or surgical purposes, which could not be understood without the ceaseless development of optical systems. The necessity of combining and miniaturizing these systems to enable advanced functionalities gave birth to the development of photonic integrated circuits (PICs), which is the main framework within which this thesis began to take shape. Along these lines, we noticed restricted limitations in terms of flexibility or reconfigurability inherent to the wired-based nature of most PIC implementations carried out so far. In the case of plasmonic circuitry, there are additional shortcomings arising from the prohibitive losses of metallic waveguides at very high frequencies. The inclusion of wireless structures (mostly based on plasmonic nanoantennas) at the photonic layer emerged to mitigate these limiting losses, also opening new research avenues. However, these devices still presented poor performances as purely radiating elements in the far-field regime. In order to overcome these lacks, in this work, we introduced a novel version to wireless approaches at the nanoscale in what we called on-chip wireless silicon photonics. This new concept was built upon the use of CMOS-compatible silicon-based nanoantennas, which constitute the key enabling structures of a diverse catalogue of applications in photonic communication networks or ultra-integrated sensors as well as for interfacing advanced dielectric-plasmonic systems. In the scope of communications, thanks to the easiness to tailor the antenna directivity, we were able to experimentally demonstrate on-chip data transmission flows in reconfigurable networks for the first time (by using highly directive antennas) or to develop dynamically tailor-made interference patterns to create focused spots at will on a 2D arrangement (enabled by antennas with a lower directivity). On the other hand, in the field of biosensing, we experimentally implemented a dielectric antenna-based lab-on-a-chip device for microparticle classification with state-of-the-art performance, which included the most compact optical subsystem demonstrated so far. Finally, we were able to efficiently interface silicon-based antennas to plasmonic systems to develop new advanced functionalities at the nanoscale, by putting together the advantages of on-chip wireless silicon photonics for on-chip communications, beam-shaping tailoring or lab-on-a-chip sensing with the advantages of plasmonics for light concentration and manipulation. / Lechago Buendía, S. (2019). All-dielectric nanoantennas enabling on-chip wireless silicon photonics [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133074 / Compendio

La agricultura es una de las prácticas humanas más antiguas y de mayor importancia en nuestra sociedad. Es fundamental para la subsistencia de millones de personas, donde cultivos como el arroz o el trigo son la base alimenticia de un gran porcentaje de la población mundial. Al igual que la sociedad, las técnicas agrícolas han ido evolucionando con el paso del tiempo. En este contexto, es la agricultura de precisión el tipo de agricultura que más fuerza y mejores resultados está obteniendo. La agricultura de precisión surge con la aplicación de nuevos elementos tecnológicos con el objetivo de optimizar la gestión de una parcela desde el punto de vista: • Agronómico: ajuste de las prácticas de cultivo a las necesidades de la planta • Medioambiental: reducción del impacto vinculado a la actividad agrícola • Económico: aumento de la competitividad a través de una mayor eficacia de las prácticas. Una de las medidas más utilizadas en la inspección del estado de los cultivos es la de medida del estado fenológico (fenología). La fenología nos indica las diferentes etapas biológicas que irá atravesando un cultivo desde su siembra hasta la cosecha. El conocimiento exacto de este valor es fundamental en las prácticas agrícolas, dado que marca el momento en el que se debe realizar cada uno de los procesos agrícolas. Por ejemplo, el momento del suministro de nutrientes como el nitrógeno, es uno de los aspectos claves en el incremento de la productividad y de no aplicarse en el estado fenológico correcto la productividad en vez de aumentar se verá reducida. Una de las formas que tenemos para inferir el valor fenológico es mediante teledetección. La utilización de satélites nos permite cubrir grandes extensiones de terreno en un mismo instante de tiempo. En este contexto las fuentes de observación más utilizadas son de naturaleza radar (en concreto SAR) e imágenes ópticas. Ambas poseen características diferentes y ofrecen distintas sensibilidades. Por ejemplo, el sensor óptico es sensible a los procesos químicos internos de las plantas y el SAR a su estructura o morfología. La forma más extendida para la estimación fenológica a partir de las series de datos sensoriales se basa en el procesado de señal convencional. Por ejemplo, para el caso del sistema SAR se puede analizar la evolución de determinados parámetros polarimétricos en función del estado del cultivos y en base a este análisis definir una estrategia de estimación Por otro lado, el sensor óptico ha sido el más utilizado para dicho fin. A partir de una combinación de bandas ópticas se definen unos índices denominados Índices de Vegetación (IV). Estos índices maximizan su respuesta ante la presencia de vegetación y se ven minimizados ante cualquier otro tipo de terreno. Dentro de los diferentes IV el más estudiado es el Índice de vegetación de diferencia normalizada o NDVI (de sus siglas en inglés). El NDVI debe ser filtrado antes de ser utilizado para estimar el estado fenológico debido al ruido inherente de los datos ópticos. Las técnicas convencionales utilizan métodos basados en ajustes o transformadas que requieren todo el set de imágenes (durante toda la campaña) para poder trabajar, lo cual imposibilita el uso de estas técnicas en aplicaciones de tiempo real. Otro de los inconvenientes es que debido a la poca sensibilidad que tiene el NDVI entre cambios fenológicos solo se pueden distinguir unos pocos estados Dando un enfoque diferente, un enfoque dinámico, podemos ofrecer estimaciones mucho más robustas que las obtenidas hasta ahora. El enfoque dinámico analiza no sólo el contenido de los datos sensoriales sino también su evolución temporal. Para esto, no se parte directamente de los datos observados sino que se divide el problema en dos etapas: 1. Modelo del comportamiento del sistema que determina su evolución temporal permitiendo predecir las transiciones entre dos instantes de tiempo. 2. Inclusión de los datos procedentes de la observación (sensores radar y/u ópticos). La primera etapa consiste en la utilización de un modelo que describe el comportamiento temporal del sistema, en nuestro caso, la evolución fenológica a lo largo del tiempo, con el fin de realizar una predicción de hacia dónde evoluciona el siguiente estado. Esta predicción se combina en la siguiente etapa, con la observación proveniente de los sensores. Esto supone un gran avance respecto a los métodos en los que se deben desarrollar estudios y ajustes matemáticos para cada sensor por separado y determinar el estado basándonos única y exclusivamente en la información proporcionada por dicho sensor en un instante de tiempo. En estudios recientes se ha demostrado el potencial de la metodología sobre cultivos de arroz utilizando modelos de evolución fenológica combinados con imágenes SAR u observaciones ópticas. Otra posibilidad que brinda esta metodología es la fusión de datos, es decir, la segunda etapa puede albergar más de una fuente de observación que se combine con la predicción. Imaginemos un escenario de teledetección para el que disponemos de tres fuentes de información periódica: imágenes de satélite ópticas, radar y fotografías a pie de campo. El enfoque tradicional estudiaría la información de cada fuente por separado y proporcionaría una solución para cada una de las fuentes. Si utilizamos un enfoque dinámico lo que haremos es determinar una única solución combinando de forma óptima la información actual y pasada de los tres sensores. De este modo, aquellos estados en los que un sensor sea menos sensible pueden verse compensados por la información de otros sensores para mejorar la predicción. Uno de los factores claves para obtener buenos resultados utilizando esta metodología es disponer de un buen muestreo temporal. Una forma de reducir el tiempo de revisita (tiempo entre imágenes) es mediante el uso de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) cuya incorporación no supone inconvenientes en esta metodología. Al contrario, facilita sustancialmente la transferencia de esta nueva tecnología a la sociedad. Los UAV, además de ser flexibles en la configuración del tiempo de adquisición, nos permiten observar los cultivos a la distancia que se desee. El vehículo es capaz de realizar la trayectoria sin necesidad de pilotarlo y además, aprovechar al máximo el enfoque dinámico para calcular las trayectorias de forma autónoma. Por ejemplo, si el vehículo detecta una zona que presenta incertidumbre o algún problema podría modificar su trayectoria para recabar más información de dicha zona. Este enfoque abre una nueva brecha de posibilidades y de aplicaciones que pueden ser transferidas del ámbito científico a la sociedad mediante la creación de nuevos productos comerciales.

Las técnicas de lanzado de Rayos son métodos de modelado determinista, basados en la teoría de la óptica Geométrica, que consisten en la distribución espacial uniforme, a partir de un transmisor puntual, de un número finito pero suficiente de rayos, con los que se pretende modelar la propagación de los frentes de ondas, así como su interacción con el entorno. En esta Tesis se proponen algunas técnicas especiales, analizando las ventajas y problemas que presentan, e incidiendo especialmente en la propagación tridimensional. Se presenta además, una variante particular denominada "Lanzado de Tubos", consistente en lanzar estructuras tridimensionales formadas por varios rayos. Su ventaja principal es que resulta mucho más facil determinar si se alcanza o no a un receptor concreto, no siendo necesario implementar complejos algoritmos de recepción, imprescindibles cuando se lanzan Rayos. Todas las técnicas son validadas mediante simulaciones que se han realizado en diversos entornos más o menos complejos. Concretamente, se comparan con las medidas obtenidas en una campaña realizada en el interior de la ETSIT DE Valencia. Los resultados son altamente satisfactorios. Por último, se puede demostrar que este tipo de modelado resulta perfectamente útil para simular los rápidos desvanecimientos que sufre la señal recibida con la propagación multi-camino, ajustandose bien a los modelos teóricos de distribución estadística / Flores Asenjo, SJ. (1998). Caracterización del canal radio móvil en el interior de edificios con múltiples plantas mediante técnicas de lanzado de rayos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/5762

El objetivo de esta tesis se centra en extender el tratamiento circuital característico de los problemas cerrados al análisis de problemas abiertos. Las ventajas que se derivan de tal extensión son las mismas que encontramos en un problema cerrado: la sistematicidad en el tratamiento de los problemas, la facilidad para combinar distintas técnicas y el poder disponer de una caracterización unitaria de cada estructura e independiente de la excitación aplicada. Para ello se emplea la matriz de admitancias generalizadas como vehículo de conexión entre problemas que han sido analizados con diversas técnicas / Valero Nogueira, A. (1997). Resolución de problemas electromagnéticos complejos mediante análisis circuital generalizado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/5949

En los últimos años y debido a la Sociedad de la Información en la que vivimos, la cantidad de información que se transmite por las redes de comunicaciones aumenta de forma exponencial. Esto se debe a un aumento en el número de usuarios y a la aparición de nuevas aplicaciones que demandan un gran ancho de banda. Esta necesidad de mayores anchos de banda provoca que el procesado electrónico en los nodos de comunicaciones esté llegando a su límite y se necesitan nuevas tecnologías que realicen dichas funciones en el dominio óptico por su mayor ancho de banda y evitar la conversión opto-electrónica. Un primer paso para poder realizar procesado fotónico es el desarrollo de puertas lógicas todo ópticas. El objetivo de esta tesis doctoral es el estudio y caracterización de una puerta lógica XOR como primer paso para el procesado fotónico. La fabricación se realiza mediante tecnología CMOS de fabricación en masa. Para ello se ha estudiado un nuevo tipo de guía llamado guía ranurada (slot-waveguide) en la que el campo óptico se confina en una región nanométrica aumentando su intensidad. Se han optimizado sus dimensiones para maximizar los efectos no lineales y se han investigado técnicas de acoplo para disminuir las pérdidas de inserción. Para los efectos no lineales se ha empleado un novedoso material basado en nanocristales de silicio en SiO2. Se han estudiado estructuras de anillos resonantes e interferómetros Mach-Zehnder para la realización de un conmutador todo óptico y una puerta lógica XOR respectivamente. También se ha analizado un desfasador de 90º basado en un anillo resonante para integrarlo en un modulador vectorial fotónico. Todas estas estructuras se han podido fabricar y caracterizar experimentalmente. Se han obtenido las pérdidas de propagación de las guías ranuradas. Se ha caracterizado la respuesta de estructuras de anillos resonantes e interferómetros Mach-Zehnder obteniendo sus parámetros óptimos. / Blasco Solbes, J. (2009). Desarrollo de aplicaciones basadas en la guía nanofotónica de silicio tipo ranura [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6290

La presente tesis desarrolla una metodología basada en la teoría circuital generalizada, que permite el análisis de problemas electromagnéticos en entornos abiertos y cerrados. De esta forma, un problema electromagnético se podrá segmentar en diversos problemas más simples, donde cada uno de los problemas individuales se resuelve por la técnica más apropiada en cada caso y se caracteriza a través de su matriz de impedancias o admitancias generalizadas. Como aplicación directa de esta metodología, se analiza en detalle el problema del sector circular dieléctrico bidimensional. El sector se tratará como un elemento individual de 4 accesos y servirá para el análisis, mediante la teoría circuital, de problemas más complejos y, en general, inhomogéneos. Otra aplicación directa de esta teoría y del elemento sector circular, es el análisis de la cuña dieléctrica inhomogénea, con las aplicaciones inmediatas que esto tiene a los fenómenos de difracción. En todos los casos plateados se han contrastado los resultados con los disponibles en la bibliografía, concluyéndose que el método es sumamente preciso en todos los casos propuestos. Por último, se han analizado otros problemas no resueltos en la bibliografía y que son de interés, como los cilindros corrugados para adaptar estructuras o los cilindros con altas pérdidas. / Peñaranda Foix, FL. (2001). Aplicación de la teoría de análisis circuital generalizado a la resolución de problemas de difracción electromágnetica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7121

Desde los primeros estudios desarrollados por S.B. Cohn a finales de los años 60, los resonadores dieléctricos, con factor de calidad elevado, han sido utilizados para el diseño de filtros paso-banda de microondas. A partir de la aparición en los años 70 de materiales dieléctricos con las propiedades eléctricas y estabilidad térmica idónes, los resonadores dieléctricos se convirtieron en elementos clave en numerosos diseños de filtros. De hecho, esta tecnología se encuentra frecuentemente en sistemas de comunicaciones míviles y por satélite debido a sus ventajas en términos de reducción de masa y volumen, bajas pérdidas, y estabilidad térmica. Por todo ello, el análisis y diseño riguroso de este tipo de filtros ha suscitado un gran interés en la literatura técnica. El objetivo principal de esta tesis doctoral es el desarrollo de una técnica modal eficiente para caracterizar el comportamiento electromagnético de cavidades resonantes cargadas con dieléctricos. Para ello, se presenta una nueva formulación de ecuación integral en el espacio de estados basada en el método BI-RME (del inglés, boundary integral-resonant mode expansion). En dicha formulación, para resolver la ecuación integral de volumen planteada, el resonador dieléctrico se caracteriza de manera rigurosa por medio de las densidades de carga y corriente de polarización equivalentes definidas en el volumen del objeto dieléctrico. Siguiendo este método, los modos resonantes de las cavidades se obtienen a través de la solución de un problema lineal de autovalres. Así mismo, se obtiene la matriz generalizada de admitancias de la cavidad resonante cargada con dieléctrico como una expansión en serie de polos en el dominio de la varable de Laplace. De esta manera, la respuesta electromagnética de las cavidades resonantes puede resolverse en un rango amplio de puntos de frecuencia haciendo uso de un reducido esfuerzo computacional, y evitando así, cálculos intensos en cada punto de frecuencia. / Gil Raga, J. (2010). Full-wave analysis and design of passive microwave and millimetre-wave devices based on dielectric-loaded cavity resonators [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7442