[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] La Industria 4.0 se enfrenta a importantes retos a la hora de perseguir la transformación digital y la eficiencia operativa. La creciente complejidad de los entornos industriales modernos lleva a la necesidad de desplegar tecnologías digitales y, sobre todo, la automatización de la Industria. Sin embargo, este camino hacia la innovación va acompañado de numerosos obstáculos, ya que el entorno cambia constantemente. Por lo tanto, para adaptarse a esta evolución, es necesario emplear planteamientos más flexibles. Estos planteamientos están estrechamente relacionados con el uso de la AI y RL, ya que surgen como soluciones clave para abordar los retos cruciales de la navegación cooperativa de agentes dentro de entornos dinámicos. Mientras tanto, los algoritmos RL se enfrentan a las complejidades que implica la transmisión y el procesamiento de grandes cantidades de datos, para hacer frente a este desafío, la tecnología 5G emerge como un habilitador clave para las soluciones de escenarios de problemas evolutivos. Entre las principales ventajas de la 5G están que ofrece una transmisión rápida y segura de grandes volúmenes de datos con una latencia mínima. Al ser la única tecnología hasta ahora capaz de ofrecer estas capacidades, 5G se convierte en un componente esencial para desplegar servicios en tiempo real como la navegación cooperativa. Además, otra ventaja es que proporciona la infraestructura necesaria para intercambios de datos robustos y contribuye a la eficiencia del sistema y a la seguridad de los datos en entornos industriales dinámicos. A la vista de lo anterior, es evidente que la complejidad de los entornos industriales conduce a la necesidad de proponer sistemas basados en nuevas tecnologías como las redes AI y 5G, ya que su combinación proporciona una potente sinergia. Además, aparte de abordar los retos identificados en la navegación cooperativa, también abre la puerta a la implementación de fábricas inteligentes, dando lugar a mayores niveles de automatización, seguridad y productividad en las operaciones industriales. Es importante destacar que la aplicación de técnicas de AI conlleva la necesidad de utilizar software de simulación para probar los algoritmos propuestos en entornos virtuales. Esto permite abordar cuestiones esenciales sobre la validez de los algoritmos, reducir los riesgos de daños en el hardware y, sobre todo, optimizar las soluciones propuestas. Con el fin de proporcionar una solución a los retos fundamentales en la automatización de fábricas, esta Tesis se centra en la integración de la robótica móvil en la nube, especialmente en el contexto de la Industria 4.0. También abarca la investigación de las capacidades de las redes 5G, la evaluación de la viabilidad de simuladores como ROS y Gazebo, y la fusión de datos de sensores y el diseño de algoritmos de planificación de trayectorias basados en RL. En otras palabras, esta Tesis no solo identifica y aborda los retos clave de la Industria 4.0, sino que también presenta soluciones innovadoras e hipótesis concretas para la investigación. Además, promueve la combinación de AI y 5G para desplegar servicios en tiempo real, como la navegación cooperativa. Así, aborda retos críticos y demuestra que la colaboración tecnológica redefine la eficiencia y la adaptabilidad en la industria moderna. / [CA] La Indústria 4.0 s'enfronta a importants reptes a l'hora de perseguir la transformació digital i l'eficiència operativa. La creixent complexitat dels entorns industrials moderns porta a la necessitat de desplegar tecnologies digitals i, sobretot, l'automatització de la Indústria. No obstant això, este camí cap a la innovació va acompanyat de nombrosos obstacles, ja que l'entorn canvia constantment. Per tant, per a adaptar-se a esta evolució, és necessari emprar plantejaments més flexibles. Estos plantejaments estan estretament relacionats amb l'ús de l'AI i RL, ja que sorgixen com a solucions clau per a abordar els reptes crucials de la navegació cooperativa d'agents dins d'entorns dinàmics. Mentrestant, els algorismes RL s'enfronten a les complexitats que implica la transmissió i el processament de grans quantitats de dades, per a fer front a este desafiament, la tecnologia 5G emergix com un habilitador clau per a les solucions d'escenaris de problemes evolutius. Entre els principals avantatges de la 5G estan que oferix una transmissió ràpida i segura de grans volums de dades amb una latència mínima. A l'ésser l'única tecnologia fins ara capaç d'oferir estes capacitats, 5G es convertix en un component essencial per a desplegar servicis en temps real com la navegació cooperativa. A més, un altre avantatge és que proporciona la infraestructura necessària per a intercanvis de dades robustes i contribuïx a l'eficiència del sistema i a la seguretat de les dades en entorns industrials dinàmics. A la vista de l'anterior, és evident que la complexitat dels entorns industrials conduïx a la necessitat de proposar sistemes basats en noves tecnologies com les xarxes AI i 5G, ja que la seua combinació proporciona una potent sinergia. A més, a part d'abordar els reptes identificats en la navegació cooperativa, també obri la porta a la implementació de fabriques intel·ligents, donant lloc a majors nivells d'automatització, seguretat i productivitat en les operacions industrials. És important destacar que l'aplicació de tècniques d'AI comporta la necessitat d'utilitzar programari de simulació per a provar els algorismes proposats en entorns virtuals. Això permet abordar qüestions essencials sobre la validesa dels algorismes, reduir els riscos de dona'ns en el maquinari i, sobretot, optimitzar les solucions proposades. Amb la finalitat de proporcionar una solució als reptes fonamentals en l'automatització de fabriques, esta Tesi se centra en la integració de la robòtica mòbil en el núvol, especialment en el context de la Indústria 4.0. També abasta la investigació de les capacitats de les xarxes 5G, l'avaluació de la viabilitat de simuladors com ROS i Gazebo, i la fusió de dades de sensors i el disseny d'algorismes de planificació de trajectòries basats en RL. En altres paraules, esta Tesi no sols identifica i aborda els reptes clau de la Indústria 4.0, sinó que també presenta solucions innovadores i hipòtesis concretes per a la investigació. A més, promou la combinació d'AI i 5G per a desplegar servicis en temps real, com la navegació cooperativa. Així, aborda reptes crítics i demostra que la col·laboració tecnològica redefinix l'eficiència i l'adaptabilitat en la indústria moderna. / [EN] Industry 4.0 faces significant challenges in pursuing digital transformation and operational efficiency. The increasing complexity of modern industrial environments leads to the need to deploy digital technologies and, above all, Industry automation. However, this path to innovation is accompanied by numerous obstacles, as the environment constantly changes. Therefore, to adapt to this evolution, it is necessary to employ more flexible approaches. These approaches are closely linked to the use of Artificial Intelligence (AI) and Reinforcement Learning (RL), as they emerge as pivotal solutions to address the crucial challenges of cooperative agent navigation within dynamic environments. Meanwhile, RL algorithms face the complexities involved in transmitting and processing large amounts of data. To address this challenge, Fifth Generation (5G) technology emerges as a key enabler for evolutionary problem scenario solutions. Among the main advantages of 5G is that it offers fast and secure transmission of large volumes of data with minimal latency. As the only technology so far capable of delivering these capabilities, 5G becomes an essential component for deploying real-time services such as cooperative navigation. Furthermore, another advantage is that it provides the necessary infrastructure for robust data exchanges and contributes to system efficiency and data security in dynamic industrial environments. In view of the above, it is clear that the complexity of industrial environments leads to the need to propose systems based on new technologies such as AI and 5G networks, as their combination provides a powerful synergy. Moreover, aside from tackling the challenges identified in cooperative navigation, it also opens the door to the implementation of smart factories, leading to higher levels of automation, safety, and productivity in industrial operations. It is important to note that the application of AI techniques entails the need to use simulation software to test the proposed algorithms in virtual environments. This makes it possible to address essential questions about the validity of the algorithms, reduce the risks of damage to the hardware, and, above all, optimize the proposed solutions. In order to provide a solution to the fundamental challenges in factory automation, this Thesis focuses on integrating mobile robotics in the cloud, especially in the context of Industry 4.0. It also covers the investigation of the capabilities of 5G networks, the evaluation of the feasibility of simulators such as Robot Operating System (ROS) and Gazebo, and the fusion of sensor data and the design of path planning algorithms based on RL. In other words, this Thesis not only identifies and addresses the key challenges of Industry 4.0 but also presents innovative solutions and concrete hypotheses for research. Furthermore, it promotes the combination of AI and 5G to deploy real-time services, such as cooperative navigation. Thus, it addresses critical challenges and demonstrates that technological collaboration redefines efficiency and adaptability in modern industry. / This research was funded by the Research and Development Grants Program (PAID-01-19) of the Universitat Politècnica de València. The research stay of the author at Technischen Universit¨at Darmstadt (Germany) was funded by the Program of Grants for Student Mobility of doctoral students at the Universitat Politècnica de València in 2022 from Spain and by Erasmus+ Student Mobility for Traineeship 2022 / Palacios Morocho, ME. (2024). Unleashing Technological Collaboration: AI, 5G, and Mobile Robotics for Industry 4.0 Advancements [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/204748

[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

[ES] Los esquemas de antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) pueden maximizar la eficiencia espectral de los sistemas de Televisión Digital Terrestre (TDT) para la provisión de contenidos de gran capacidad, como los servicios emergentes de televisión de ultra alta definición (UHDTV), en el cada vez más escaso y limitado espectro radioeléctrico de la TDT debido a la creciente demanda de servicios inalámbricos de banda ancha (4G y 5G). Las tecnologías MIMO han sido desarrolladas inicialmente en la especificación técnica de TDT DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) y estandarizadas en el último estándar de TDT, ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). Sin embargo, no hay despliegues comerciales MIMO de TDT. Por otro lado, la industria móvil ha desarrollado una tecnología de radiodifusión móvil, conocida como hoy en día como 5G Broadcast, basado en LTE (Long Term Evolution). Aunque LTE incorpora MIMO para transmisiones unicast punto a punto, 5G Broadcast sólo utiliza una única antenna en transmisión. Esta tesis doctoral tiene como objetivo evaluar el rendimiento de MIMO para radiodifusión (terrestrial broadcast) para sistemas inalámbricos de radiodifusión de nueva generación, tanto TDT como sistemas celulares. Durante la estandarización de los sistemas MIMO TDT, el diseño inicial tiene en cuenta condiciones de recepción perfectas, por ejemplo, demoduladores óptimos, información de estado del canal (CSI) perfecta, estimación perfecta de la potencia del ruido, etc. El objetivo principal de esta tesis doctoral es evaluar y optimizar el rendimiento de las transmisiones de radiodifusión MIMO en escenarios realistas. Esta tesis doctoral propone nuevos modelos de canales de propagación MIMO terrestres basados en medidas de campo que pueden utilizarse para la evaluación del rendimiento del sistema MIMO TDT. Además, también optimiza las diferentes configuraciones de transmisión y recepción MIMO, como la estimación de los canales MIMO en el receptor, y el procesado de señal. El escenario considerado en la tesis son torres de alta potencia con recepción fija, característico de las redes de TDT. Los resultados de esta tesis han contribuido al foro de estandarización ATSC, al sector de radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) y al proyecto nacional japonés de investigación sobre el sistema TDT de próxima generación. / [CA] Els esquemes d"antenes de múltiples entrades i múltiples sortides (MIMO) poden maximitzar l"eficiència espectral dels sistemes de Televisió Digital Terrestre (TDT) per a la provisió de continguts de gran capacitat, com els serveis emergents de televisió d"ultra alta definició (UHDTV) , en el cada vegada més escàs i limitat espectre radioelèctric de la TDT a causa de la creixent demanda de serveis sense fil de banda ampla (4G i 5G). Les tecnologies MIMO han estat desenvolupades inicialment en l'especificació tècnica de TDT DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) i estandarditzades a l'últim estàndard de TDT, ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). No obstant això, no hi ha desplegaments comercials MIMO de TDT. D'altra banda, la indústria mòbil ha desenvolupat una tecnologia de radiodifusió mòbil, coneguda com avui dia com a 5G Broadcast, basat en LTE (Long Term Evolution). Tot i que LTE incorpora MIMO per a transmissions unicast punt a punt, 5G Broadcast només utilitza una única antena en transmissió. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu avaluar el rendiment de MIMO per a radiodifusió (terrestrial broadcast) per a sistemes sense fil de radiodifusió de nova generació, tant TDT com sistemes cel·lulars. Durant l'estandardització dels sistemes MIMO TDT, el disseny inicial té en compte condicions de recepció perfectes, per exemple demoduladors òptims, informació d'estat del canal (CSI) perfecta, estimació perfecta de la potència del soroll, etc. L¿objectiu principal d¿aquesta tesi doctoral és avaluar i optimitzar el rendiment de les transmissions de radiodifusió MIMO en escenaris realistes. Aquesta tesi doctoral proposa nous models de canals de propagació MIMO terrestres basats en mesures de camp que es poden utilitzar per a l'avaluació del rendiment del sistema MIMO TDT. A més, també optimitza les diferents configuracions de transmissió i recepció MIMO, com l'estimació dels canals MIMO al receptor, i el processament de senyal. L'escenari considerat a la tesi són torres d'alta potència amb recepció fixa, característic de les xarxes de TDT. Els resultats d"aquesta tesi han contribuït al fòrum d"estandardització ATSC, al sector de radiocomunicacions de la Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT-R) i al projecte nacional japonès de recerca sobre el sistema TDT de propera generació. / [EN] Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) antenna schemes in Digital Terrestrial Television (DTT) systems aim to maximize the spectral efficiency for the provision of large capacity contents in the scarce and limited DTT Radio-Frequency (RF) channel. The delivery of the emerging Ultra-High Definition TV (UHDTV) services as well as the continuous broadcast spectrum shortage due to the rapidly growing demand for wireless broadband services (4G and 5G) are the motivations for this proposal. MIMO technologies have been firstly developed in the DTT technical specification DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) and standardized in the latest DTT standard, ATSC3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). However, MIMO broadcasting has not been commercialized due to the additional investment for both service providers and receivers. On the other hand, mobile industry has developed mobile broadcast technologies known today as 5G Broadcast based on LTE (Long Term Evolution). Although LTE incorporates MIMO for point to point unicast, 5G Broadcast only uses a single antenna in transmission at the moment. The Ph.D. aims at assessing the performance of MIMO for broadcasting (terrestrial broadcast) for next-generation wireless broadcasting systems, including next-generation wireless broadcasting systems, both DTT and cellular system. During the standardization of MIMO DTT systems, the initial design accounts for perfect reception conditions, e.g., optimal demodulators, perfect Channel State Information (CSI), perfect noise power estimation. The main goal of this PhD is to assess and optimize the performance of MIMO wireless broadcast transmissions in realistic scenarios. This PhD proposes new models of terrestrial MIMO propagation channels based on field measurements which can be utilized for the evaluation of MIMO DTT system. Furthermore, it also optimizes the different MIMO transmission and reception configurations, such as broadcast MIMO channel estimation and signal processing. The scenarios considered in the thesis are high-power high-tower transmitter with fixed reception and characteristics of DTT networks. The results of the PhD have contributed to the ATSC standardization forum, International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R), and the Japanese national research project on next generation DTT system. / Shitomi, T. (2023). Evaluation and Optimization of Multiple-Input Multiple-Output Antenna Schemes for Next-Generation Wireless Broadcasting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202598

[ES] Las ciudades modernas están al límite de su capacidad en el plano horizontal. Muchas de ellas tienen un problema de tráfico muy complejo de paliar o resolver. La movilidad aérea urbana promete ser la revolución que puede resolver la saturación del tráfico en los futuros escenarios urbanos. Se espera que el crecimiento del mercado de la movilidad aérea urbana muestre una tendencia positiva constante, pero la tecnología asociada necesita aumentar su madurez. La gestión de múltiples vehículos aéreos, que dependen de tecnologías en auge como la inteligencia artificial y las estaciones de control en tierra automatizadas, requerirá una conexión tierra-aire-tierra sólida e ininterrumpida para completar sus trayectorias. La exigencia de una conexión ininterrumpida está naturalmente relacionada con una comprensión completa de los fenómenos que afectan al canal aire-tierra. La primera contribución es proponer un modelo de canal que pueda capturar las consecuencias de dichos fenómenos. Normalmente, un modelo de este tipo puede emitir el estado del canal en un punto determinado, prediciendo el estado del canal a lo largo de la trayectoria de la aeronave. Un modelo muy detallado exige herramientas y datos que proporcionen la información necesaria. La descripción y enumeración de cada pieza de información necesaria para una simulación de canal satisfactoria componen la segunda contribución. Una vez conocido el estado del canal, se pueden optimizar los puntos recorridos por la aeronave para cubrir aquellos con mejor rendimiento del canal. La tercera y última contribución es la propuesta de un conjunto de algoritmos de optimización para encontrar la ruta más adecuada. El algoritmo de optimización constituye el planificador de trayectorias, del que se espera que explore eficazmente el espacio de búsqueda y proponga una trayectoria que cumpla con los objetivos predefinidos: máxima calidad aire-tierra, disponibilidad y tiempo de vuelo. Cada método propuesto se pone a prueba en varios escenarios. Estos escenarios incluyen diversas situaciones que pueden estresar a los métodos y favorecer la elección de uno de ellos. Las situaciones incluidas son diferentes condiciones del terreno y zonas de exclusión aérea. / [CA] Les ciutats modernes estan al límit de la seua capacitat al pla horitzontal. Moltes tenen un problema de trànsit molt complex de pal·liar o resoldre. La mobilitat aèria urbana promet ser la revolució que pot resoldre la saturació del trànsit als futurs escenaris urbans. S'espera que el creixement del mercat de la mobilitat aèria urbana mostre una tendència positiva constant, però la tecnologia associada necessita augmentar-ne la maduresa. La gestió de múltiples vehicles aeris, que depenen de tecnologies en auge com la intel·ligència artificial i les estacions de control a terra automatitzades, requerirà una connexió terra-aire-terra sòlida i ininterrompuda per completar les seues trajectòries. L'exigència d'una connexió ininterrompuda està relacionada naturalment amb una comprensió completa dels fenòmens que afecten el canal aire-terra. La primera contribució és proposar un model de canal que puga capturar les conseqüències dels fenòmens esmentats. Normalment, un model d'aquest tipus pot emetre l'estat del canal en un punt determinat, predient l'estat del canal al llarg de la trajectòria de l'aeronau. Un model molt detallat exigeix eines i dades que proporcionen la informació necessària. La descripció i l'enumeració de cada peça d'informació necessària per a una simulació de canal satisfactòria componen la segona contribució. Una vegada conegut l'estat del canal, es poden optimitzar els punts recorreguts per l'aeronau per tal de cobrir aquells amb el millor rendiment del canal. La tercera i última contribució és la proposta d'un conjunt d'algorismes d'optimització per trobar la ruta més adequada. L'algorisme d'optimització constitueix el planificador de trajectòries, del qual s'espera que explore eficaçment l'espai de cerca i propose una trajectòria que complisca els objectius predefinits: màxima qualitat aire-terra, disponibilitat i temps de vol. Cada mètode proposat es posa a prova a diversos escenaris. Aquests escenaris inclouen diverses situacions que poden estressar els mètodes i afavorir-ne l'elecció. Les situacions incloses són diferents condicions del terreny i les zones d'exclusió aèria. / [EN] Modern cities are at the limit of their capacity in the horizontal plane. Many of them have a traffic problem that is highly complex to alleviate or solve. Urban air mobility promises to be the revolution that can solve traffic saturation in future urban scenarios. The growth of the urban air mobility market is expected to show a constant positive tendency, but the associated technology needs to raise its readiness levels. Managing aerial vehicle fleets, dependent on rising technologies such as artificial intelligence and automated ground control stations, will require a solid and uninterrupted connection to complete their trajectories. The requirement for an uninterrupted connection is naturally connected to a complete understanding of phenomena affecting the air-to-ground channel. The first contribution to the field is to propose a channel model that can capture the consequences of said phenomena. Typically, such a model can output the channel state at a given point, predicting the channel state throughout the aircraft's trajectory. A highly detailed model demands tools and data to deliver the necessary information. The description and enumeration of each piece of information required for a successful channel simulation compose the second contribution to the field. Once the channel state is known, the travelled points by the aircraft can be optimised to cover those with better channel performance. The third and last contribution to the field is proposing a set of optimisation algorithms to find the most suitable route. The optimisation algorithm forms the path planner, expected to efficiently explore the search space and propose a trajectory compliant with predefined objectives: maximum air-to-ground quality, availability, and flight time. Each proposed method is tested in various scenarios. These scenarios include various situations that can stress the methods and favour the choice of one. Included situations are different terrain conditions and no-fly zones. / Expósito García, A. (2023). Deterministic model of the radio channel applied to the optimization of the UAV trajectory for optimum air-to-ground communication in the environment of future urban scenarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192614

[ES] El procesado de señal sobre grafos es un campo emergente de técnicas que combinan conceptos de dos áreas muy consolidadas: el procesado de señal y la teoría de grafos. Desde la perspectiva del procesado de señal puede obtenerse una definición de la señal mucho más general asignando cada valor de la misma a un vértice de un grafo. Las señales convencionales pueden considerarse casos particulares en los que los valores de cada muestra se asignan a una cuadrícula uniforme (temporal o espacial). Desde la perspectiva de la teoría de grafos, se pueden definir nuevas transformaciones del grafo de forma que se extiendan los conceptos clásicos del procesado de la señal como el filtrado, la predicción y el análisis espectral. Además, el procesado de señales sobre grafos está encontrando nuevas aplicaciones en las áreas de detección y clasificación debido a su flexibilidad para modelar dependencias generales entre variables. En esta tesis se realizan nuevas contribuciones al procesado de señales sobre grafos. En primer lugar, se plantea el problema de estimación de la matriz Laplaciana asociada a un grafo, que determina la relación entre nodos. Los métodos convencionales se basan en la matriz de precisión, donde se asume implícitamente Gaussianidad. En esta tesis se proponen nuevos métodos para estimar la matriz Laplaciana a partir de las correlaciones parciales asumiendo respectivamente dos modelos no Gaussianos diferentes en el espacio de las observaciones: mezclas gaussianas y análisis de componentes independientes. Los métodos propuestos han sido probados con datos simulados y con datos reales en algunas aplicaciones biomédicas seleccionadas. Se demuestra que pueden obtenerse mejores estimaciones de la matriz Laplaciana con los nuevos métodos propuestos en los casos en que la Gaussianidad no es una suposición correcta. También se ha considerado la generación de señales sintéticas en escenarios donde la escasez de señales reales puede ser un problema. Los modelos sobre grafos permiten modelos de dependencia por pares más generales entre muestras de señal. Así, se propone un nuevo método basado en la Transformada de Fourier Compleja sobre Grafos y en el concepto de subrogación. Se ha aplicado en el desafiante problema del reconocimiento de gestos con las manos. Se ha demostrado que la extensión del conjunto de entrenamiento original con réplicas sustitutas generadas con los métodos sobre grafos, mejora significativamente la precisión del clasificador de gestos con las manos. / [CAT] El processament de senyal sobre grafs és un camp emergent de tècniques que combinen conceptes de dues àrees molt consolidades: el processament de senyal i la teoria de grafs. Des de la perspectiva del processament de senyal pot obtindre's una definició del senyal molt més general assignant cada valor de la mateixa a un vèrtex d'un graf. Els senyals convencionals poden considerar-se casos particulars en els quals els valors de la mostra s'assignen a una quadrícula uniforme (temporal o espacial). Des de la perspectiva de la teoria de grafs, es poden definir noves transformacions del graf de manera que s'estenguen els conceptes clàssics del processament del senyal com el filtrat, la predicció i l'anàlisi espectral. A més, el processament de senyals sobre grafs està trobant noves aplicacions en les àrees de detecció i classificació a causa de la seua flexibilitat per a modelar dependències generals entre variables. En aquesta tesi es donen noves contribucions al processament de senyals sobre grafs. En primer lloc, es planteja el problema d'estimació de la matriu Laplaciana associada a un graf, que determina la relació entre nodes. Els mètodes convencionals es basen en la matriu de precisió, on s'assumeix implícitament la gaussianitat. En aquesta tesi es proposen nous mètodes per a estimar la matriu Laplaciana a partir de les correlacions parcials assumint respectivament dos models no gaussians diferents en l'espai d'observació: mescles gaussianes i anàlisis de components independents. Els mètodes proposats han sigut provats amb dades simulades i amb dades reals en algunes aplicacions biomèdiques seleccionades. Es demostra que poden obtindre's millors estimacions de la matriu Laplaciana amb els nous mètodes proposats en els casos en què la gaussianitat no és una suposició correcta. També s'ha considerat el problema de generar senyals sintètics en escenaris on l'escassetat de senyals reals pot ser un problema. Els models sobre grafs permeten models de dependència per parells més generals entre mostres de senyal. Així, es proposa un nou mètode basat en la Transformada de Fourier Complexa sobre Grafs i en el concepte de subrogació. S'ha aplicat en el desafiador problema del reconeixement de gestos amb les mans. S'ha demostrat que l'extensió del conjunt d'entrenament original amb rèpliques substitutes generades amb mètodes sobre grafs, millora significativament la precisió del classificador de gestos amb les mans. / [EN] Graph signal processing appears as an emerging field of techniques that combine concepts from two highly consolidated areas: signal processing and graph theory. From the perspective of signal processing, it is possible to achieve a more general signal definition by assigning each value of the signal to a vertex of a graph. Conventional signals can be considered particular cases where the sample values are assigned to a uniform (temporal or spatial) grid. From the perspective of graph theory, new transformations of the graph can be defined in such a way that they extend the classical concepts of signal processing such as filtering, prediction and spectral analysis. Furthermore, graph signal processing is finding new applications in detection and classification areas due to its flexibility to model general dependencies between variables. In this thesis, new contributions are given to graph signal processing. Firstly, it is considered the problem of estimating the Laplacian matrix associated with a graph, which determines the relationship between nodes. Conventional methods are based on the precision matrix, where Gaussianity is implicitly assumed. In this thesis, new methods to estimate the Laplacian matrix from the partial correlations are proposed respectively assuming two different non-Gaussian models in the observation space: Gaussian Mixtures and Independent Component Analysis. The proposed methods have been tested with simulated data and with real data in some selected biomedical applications. It is demonstrate that better estimates of the Laplacian matrix can be obtained with the new proposed methods in cases where Gaussianity is not a correct assumption. The problem of generating synthetic signal in scenarios where real signals scarcity can be an issue has also been considered. Graph models allow more general pairwise dependence models between signal samples. Thus a new method based on the Complex Graph Fourier Transform and on the concept of subrogation is proposed. It has been applied in the challenging problem of hand gesture recognition. It has been demonstrated that extending the original training set with graph surrogate replicas, significantly improves the accuracy of the hand gesture classifier. / Belda Valls, J. (2022). Nuevas contribuciones a la teoría y aplicación del procesado de señal sobre grafos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191333

[ES] La Teoría de los Modos Característicos, formulada originalmente en 1968, permite obtener un conjunto de valores propios reales y modos de corriente reales que se pueden utilizar para expandir la corriente total en un cuerpo conductor o dieléctrico. La información proporcionada por las corrientes características (modos) y los valores propios se puede utilizar para realizar el diseño de la antena de una manera sistemática. La gran ventaja de la Teoría de los Modos Característicos sobre otros métodos de diseño tradicionales es la clara visión física que se proporciona sobre los fenómenos que contribuyen a la radiación de la antena. Esta visión física permite comprender mejor el funcionamiento de la antena, de modo que el diseño y la optimización de la misma se pueden llevar a cabo de forma rápida y coherente. El objetivo de esta Tesis es extender el uso de la Teoría de los Modos Característicos al diseño de antenas reconfigurables de manera sistemática. El uso de antenas reconfigurables se ha vuelto cada vez más importante en los últimos años, como una forma de cumplir con los requisitos impuestos y el rendimiento deseado en los nuevos sistemas de comunicaciones inalámbricas. El enfoque de hacer una antena reconfigurable implica la capacidad de una antena para ajustar sus características, como la frecuencia de operación, el diagrama de radiación y la polarización. Diversos componentes activos como diodos varactor, diodos PIN, MEMS, interruptores de RF, elementos fotoconductores o materiales inteligentes pueden usarse para cambiar estas características básicas de la antena. La reconfiguración dinámica de los parámetros operativos de una antena conduce a un sistema de comunicación flexible. Las antenas reconfigurables por frecuencia permiten el mantenimiento de múltiples estándares mientras se mantienen las mismas características físicas de las antenas. La antena reconfigurable por radiación y la diversidad de polarización permiten aumentar la eficiencia de las comunicaciones interiores al reducir significativamente el nivel de interferencia. En esta tesis, la investigación gira en torno al análisis y diseño de estructuras de antenas con la Teoría de los Modos Característicos de manera que los parámetros de las antenas sean sintonizables, por lo que el diseño final de la estructura es una antena reconfigurable que modifica dinámicamente su rendimiento de una forma razonada y coherente. Se analizarán los modos característicos y sus propiedades para diseñar antenas reconfigurables, que combinarán diferentes modos y producirán diferentes características de radiación. En este trabajo se implementará un método sistemático para obtener las características requeridas de la antena. Además, se analizarán y evaluarán diferentes técnicas de conmutación para evaluar su efecto real en la antena y en los modos característicos. El trabajo se centrará en el diseño de pequeñas antenas reconfigurables para aplicaciones IoT y sistemas 5G. / [CA] La Teoria dels Modes Característics, formulada originalment el 1968, permet obtenir un conjunt de valors propis reals i modes de corrent reals que es poden utilitzar per expandir el corrent total en un cos conductor o dielèctric. La informació proporcionada pels corrents característics (modes) i els valors propis es pot utilitzar per fer el disseny de l'antena d'una manera sistemàtica. El gran avantatge de la Teoria dels Modes Característiques sobre altres mètodes de disseny tradicionals és la clara visió física que es proporciona sobre els fenòmens que contribueixen a la radiació de l'antena. Aquesta visió física permet comprendre millor el funcionament de l'antena, de manera que el disseny i l'optimització de la mateixa es poden dur a terme de forma ràpida i coherent. L'objectiu d'aquesta Tesi és estendre l'ús de la Teoria dels Modes Característics al disseny d'antenes reconfigurables de manera sistemàtica. L'ús d'antenes reconfigurables s'ha tornat cada cop més important en els darrers anys, com una forma de complir amb els requisits imposats i el rendiment desitjat en els nous sistemes.temes de comunicacions sense fil. L'enfocament de fer una antenna reconfigurable implica la capacitat duna antena per ajustar les seves característiques, com la frequ¿ència d'operació, el diagrama de radiació i la polarització. Diversos components actius com va donar dos varactor, díodes PIN, MEMS, interruptors de RF, elements fotoconductors o materials intel·ligents poden utilitzar-se per canviar aquestes característiques bàsiques de l'antena. La reconfiguració dinàmica dels paràmetres operatius duna antena condueix a un sistema de comunicació flexible. Les antenes reconfigurables per frequ¿ència permeten el manteniment de múltiples estàndards mentre es mantenen les mateixes característiques físiques de les antenes. L'antena reconfigurable per radiació i diversitat de polarització permeten augmentar l'eficiència de les comunicacions interiors en reduir significativament el nivell dinterferència. En aquesta tesi, la investigació gira al voltant de l'anàlisi i el disseny de estructures d'antenes amb la Teoria dels Modes Característics de manera que els paràmetres de les antenes siguin sintonitzables, per això que el disseny final de lestructura és una antena reconfigurable que modifica dinàmicament el seu rendiment d'una forma raonada i coherent. S'analitzaran els modes característics i les propietats per dissenyar antenes reconfigurables, que combinaran diferents maneres i produiran diferents característiques de radiació. En aquest tractament baix s'implementarà un mètode sistemàtic per obtenir les característiques requerides de l'antena. A més, s'analitzaran i avaluaran diferents tècniques de commutació per avaluar el seu efecte real a la antena i en les maneres característiques. El treball se centrarà en el disseny de petites antenes reconfigurables per a aplicacions IoT i sistemes 5G. / [EN] The Theory of Characteristic Modes, originally formulated in 1968, allows to obtain a set of real eigenvalues and real current modes that can be used to expand the total current on a conducting or dielectric body. The information provided by characteristic eigencurrents (modes) and eigenvalues can be used to perform antenna design in a systematic way. The great advantage of the Theory of Characteristic Modes over other traditional design methods is the clear physical vision provided about the phenomena that contribute to the radiation of the antenna. This physical vision allows to better understand the operation of the antenna, so that the design and the optimization of it can be carried out quickly and coherently. The objective of this Thesis is to extend the use of the Theory of Characteristic Modes to the design of reconfigurable antennas in a systematic way. The use of reconfigurable antennas has become more and more important during the last years, as a way to meet the imposed requirements and desired performance of novel wireless communication systems. The approach of making an antenna reconfigurable implies the capability of an antenna system to adjust its characteristic such as operating frequency, radiation pattern and polarization. Active components such as varactor diodes, PIN diodes, MEMS, RF switches, photoconductive elements or smart materials can be used to change these base characteristics. The dynamic reconfigurability of the operating parameters of an antenna leads to a flexible communication system. Frequency reconfigurable antennas enable multi-standard performances to be maintained while preserving the same physical characteristics of the antennas. Radiation reconfigurable and polarisation diversity antennas enable to increase the efficiency of indoor communications by significantly decreasing the level of interference. In this thesis, the research is turning around the analysis and design of antenna structures with the Theory of Characteristic Modes in a way that the antenna parameters will be tuneable, so the final design of the structure is a reconfigurable antenna that modifies dynamically its performance in a reasoned and coherent way. Characteristic modes and their properties will be analysed in order to design reconfigurable antennas, which combine different modes and produce different radiation characteristics. A systematic method to obtain the required characteristics of the antenna will be implemented during this work. Moreover, different switching techniques will be analysed and evaluated in order to asses their real effect on the antenna and on the characteristic modes. In this work, small reconfigurable antenna prototypes will be designed for IoT applications and 5G systems. / This study was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (Ministerio Ciencia e Innovación) under project no. PID2019-107885GB-C32 and Generalitat Valenciana under project no. AICO/2019/018. This work has also been supported by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Ministerio Ciencia, Innovación y Universidades) under the project TEC2016- 78028-C3-3-P and by “Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique (CNRST, Maroc)” as part of the research excellence scholarships program / Mahlaoui Boudallaa, Z. (2023). Analysis and Design of Reconfigurable Antennas Using the Theory of Characteristic Modes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201555

En esta Tesis se aborda la estimación óptima de señales caóticas generadas por mapas unidimensionales y contaminadas por ruido aditivo blanco Gaussiano, desde el punto de vista de los dos marcos de inferencia estadística más extendidos: máxima verosimilitud (ML) y Bayesiano. Debido al elevado coste computacional de estos estimadores, se proponen asimismo diversos estimadores subóptimos, aunque computacionalmente eficientes, con un rendimiento similar al de los óptimos. Adicionalmente se analiza el problema de la estimación de los parámetros de un mapa caótico explotando la relación conocida entre muestras consecutivas de la secuencia caótica. Por último, se considera la aplicación de los estimadores anteriores al diseño de receptores para dos esquemas de comunicaciones caóticas diferentes: conmutación caótica y codificación simbólica o caótica. / This Thesis studies the optimal estimation of chaoticsignals generated iterating unidimensional maps and contaminated by additive white Gaussian noise, from the point of view of the two most common frameworks in statistical inference: maximum likelihood (ML) and Bayesian. Due to the high computational cost of optimum estimators, several suboptimal but computationally efficient estimators are proposed, which attain a similar performance as the optimum ones. Additionally, the estimation of the parameters of a chaotic map is analyzed, exploiting the known relation between consecutive samples of the chaotic sequence. Finally, we consider the application of the estimators developed in the design of receivers for two different schemes of chaotic communications: chaotic switching and symbolic or chaotic coding.