Es constata que els accionaments elèctrics de petita potència (<50W) i reduïda tensió (<60V), tot i no formar una família homogènia, son principalment de tipus electromagnètic, encara que ja comencen a destacar el de tipus piezoelèctric. En el segment de potències i tensions en qüestió, els accionaments utilitzats actualment son els motors convencionals de CC. excitats amb imants permanents i, cada vegada més, motors de CC. sense escombretes. Aquests últims han popularitzat la simbiosi entre les estructures electromagnètiques tradicionals i els dispositius electrònics.Es constata l'interès actual despertat pel motor de Reluctància Autocommutat (SRM) degut a la seva robustesa i simplicitat constructiva, a la seva tolerància a falles i a la relativa senzillesa del seu control. Interès mostrat pels laboratoris de recerca, Universitats, i també pel món industrial. Es presenta el SRM sense sensors de posició com una alternativa als accionaments de CC. amb i sense escombretes, per aplicacions de petita potència i reduïda tensió, tan per requeriment de velocitat regulable com, especialment, per velocitat no regulable. Alternativa avalada per l'absència d'imants, l'eliminació del col·lector, la simplificació del convertidor estàtic i del control i les expectatives de baix cost, malgrat que en el rang de potències inferiors al kW el SRM no presenta tan bon rendiment ni quocient parell/volum prismàtic com en els motors amb imants permanents.Desprès d'un breu repàs de la història del SRM, i d'un recordatori del seu principi de funcionament, incloent el procés de producció de parell, la corba característica parell-velocitat, unes primeres consideracions sobre la forma de controlar-lo, els avantatges i inconvenients de la seva utilització, i les possibles aplicacions, es descriuen les parts constitutives de l'accionament: estructura electromagnètica, convertidor estàtic i captador de posició.Es construeix un primer accionament amb captador de posició en el rang de potències esmentat, sota el criteri de màxima simplicitat constructiva i baix cost. Es valora la importància i necessitat de prescindir del sensor de posició que es tradueix en un menor volum de l'accionament, la reducció d'una important font de falles i la millor adaptació a ambients hostils.Es classifiquen i descriuen els diferents mètodes existents per eliminar el sensor de posició utilitzant un nou criteri basat en la equació elèctrica del SRM. Es realitza un estudi comparatiu dels avantatges i inconvenients dels diversos mètodes. Per a la construcció d'un accionament sense captadors de velocitat s'escull un mètode de control que és una variació innovadora de l'estimació de flux magnètic en temps real, implementada en un microcontrolador econòmic de només 8 bits.Es realitzen proves experimentals exhaustives amb i sense regulació de velocitat, tan per accionaments amb sensors com per accionaments sense sensors, sobre les mateixes estructures electromagnètiques. Es discuteixen els resultats obtinguts comparant el comportament del SRM en tots els casos. Es valora el cost econòmic associat a l'eliminació del sensor i el cost comparat amb d'altres tipus d'accionaments. Es recullen algunes possibilitats per a la millora dels resultats. Es resumeixen les aportacions, es proporcionen les conclusions i s'orienten les futures línies de treball. / Se constata que los accionamientos eléctricos de pequeña potencia (<50W) y reducida tensión (<60V), sin llegar a formar una familia homogénea, son principalmente de tipo electromagnético, aunque los de tipo piezoeléctrico van adquiriendo una importancia creciente. En el segmento de potencias y tensiones en cuestión, los accionamentos utilizados actualmente son los motores convencionales de CC. excitados con imanes permanentes y, cada vez mas, motores de CC. sin escobillas. Siendo éstos los que han popularizado la simbiosis entre las estructuras electromagnéticas tradicionales y los dispositivos electrónicos.Se constata el interés actual despertado por el motor de Reluctancia Autocommutado (SRM) debido a su robustez y simplicidad constructiva, a su tolerancia a los fallos y a la relativa sencillez de su control. Interés mostrado por laboratorios de investigación, Universidades, y también por el mundo industrial. Se presenta al SRM sin sensores de posición como una alternativa a los accionamentos de CC. con y sin escobillas, para aplicaciones de pequeña potencia y reducida tensión, tanto en el caso de precisar velocidad variable como, especialmente, para velocidad no regulable. Alternativa avalada por la ausencia de imanes, la eliminación del colector, la simplificación del convertidor estático y del control y las expectativas de bajo coste, a pesar de que en el rango de potencias inferiores al kW el SRM no presenta tan buen rendimiento ni cuociente par/volumen prismático como en los motores con imanes permanentes.Después de un breve repaso de la historia del SRM y de un recordatorio de su principio de funcionamiento, incluyendo el proceso de producción del par, la curva característica par-velocidad, unas primeras consideraciones sobre la forma de controlarlo, las ventajas y inconvenientes de su utilización, y las posibles aplicaciones, se describen las partes constituyentes del accionamiento: estructura electromagnética, convertidor estático y captador de posición.Se construye un primer accionamiento con captador de posición en el rango de potencias aludido, bajo el criterio de máxima simplicidad constructiva y bajo coste. Se valora la importancia y la necesidad de prescindir del sensor de posición que se traduce en un menor volumen del accionamiento, la reducción de una importante fuente de fallos y la mejor adaptación en ambientes hostiles.Se clasifican y describen diferentes métodos para eliminar el sensor de posición utilizando un criterio nuevo basado en la ecuación eléctrica del SRM. Se realiza un estudio comparativo de las ventajas y inconvenientes de los diversos métodos. Para la construcción de un accionamiento sin captadores de velocidad se escoge un método de control que es una variación novedosa de la estimación de flujo magnético en tiempo real, implementada en un microcontrolador económico de solo 8 bits.Se realizan pruebas experimentales exhaustivas con y sin regulación de velocidad, tanto para accionamientos con sensors como para accionamientos sin sensores, sobre las mismas estructuras electromagnéticas. Se discuten los resultados obtenidos comparando el comportamiento del SRM en todos los casos. Se valora el coste económico asociado a la eliminación del sensor y el coste comparativo respecto de otros tipos de accionamientos. Se reseñan algunas posibilidades para la mejora de los resultados. Se resumen las aportaciones realizadas, se proporcionan las conclusiones y se orientan las futuras líneas de trabajo. / Nowadays low power (<50W) and low voltage (<60V) electrical drives do not belong to an homogeneous family although they are mainly electromagnetic, but recently the piezoelectric drives have been increasingly used. Permanent magnet DC drives and, more and more, permanent magnet brushless DC are used in this segment of power and voltage treated. The brushless ones have widespread the symbiosis among traditional electromagnetic structures and electronic devices.In recent years the Switched Reluctance Motor (SRM) is receiving great attention because of its simple and inherently rugged motor construction, almost all fault tolerant and its relatively easy control. The focus of its great interest is found not only at research laboratories and Universities but also in the industry. The sensorless SRM is proposed as an alternative to well established DC motor drivers with or without brushes, for low power and low voltage applications that require or much better those which do not require adjustable speed. This proposal is based on the absence of magnets and mechanical commutator, the power converter and control simplification and the low cost expectation. Despite that, the SRM of power range below 1 kW does not have as good efficiency and ratio torque to gross electromagnetic magnetic volume as could be obtained with a permanent magnet motor. After some brief notes on SRM history and a review of its principle of work that includes the torque process production, the torque-speed characteristics, some first considerations about the control manner, the advantages and disadvantages, and the most suitable applications; the drive constitutive parts are described: the electromagnetic structure, the power converter and the position sensor.First a drive with position sensor has been developed on the power range mentioned and with the maximum simplicity and low cost criteria. The importance of sensorless control is emphasized in order to reduce the drive volume, to reduce an important source of failures and the better adaptation to harsh environments.Many different methods of sensorless control have been described and classified using new criteria based on the SRM electrical equation. A compared study of the advantages and disadvantages of different methods has been done. In order to implement a sensorless driver choice a control method is chosen that is one of the newest variations of the magnetic flux estimation in real time, it has been implemented in a cheap 8-bit microcontroller.Exhaustive experimental tests have been done, with or without speed regulation, either with sensor or sensorless control position on the same electromagnetic structures. The obtained results have been discussed by comparison of the SRM performance in all situations. The cost reductions due to sensorless construction and the comparative cost of other kinds of drivers have been quoted. Some possibilities are proposed so as to improve the results. A summary of contributions, conclusions and the future work lines are given.

This thesis investigates the fabrication and integration of nanoscale field-effect transistors based on individual semiconducting carbon nanotubes. Such devices hold great potential for integrated circuits with large integration densities that can be manufactured on glass or flexible plastic substrates. A process to fabricate arrays of individually addressable carbon-nanotube transistors has been developed, and the electrical characteristics of a large number of transistors has been measured and analyzed. A low-temperature-processed gate dielectric with a thickness of about 6 nm has been developed that allows the transistors and circuits to operate with voltages of about 1.5 V. The transistors show excellent electrical properties, including a large transconductance (up to 10 µS), a large On/Off ratio (>10^4), a steep subthreshold swing (65 mV/decade), and negligible leakage currents (~10^-13 A). For the realization of unipolar logic circuits, monolithically integrated load resistors based on high-resistance metallic carbon nanotubes or vacuum-evaporated carbon films have been developed and analyzed by four-probe and transmission line measurements. A variety of combinational logic circuits, such as inverters, NAND gates and NOR gates, as well as a sequential logic circuit based on carbon-nanotube transistors and monolithically integrated resistors have been fabricated on glass substrates and their static and dynamic characteristics have been measured. Optimized inverters operate with frequencies as high as 2 MHz and switching delay time constants as short as 12 ns. / Thema dieser Arbeit ist die Herstellung und Integration von Feldeffekt-Transistoren auf der Grundlage einzelner halbleitender Kohlenstoffnanoröhren. Solche Bauelemente sind zum Beispiel für die Realisierung integrierter Schaltungen mit hoher Integrationsdichte auf Glassubstraten oder auf flexiblen Kunststofffolien von Interesse. Zunächst wurde ein Herstellungsverfahren für die Anfertigung einer großen Anzahl solcher Transistoren auf Glas- oder Kunststoffsubstraten entwickelt, und deren elektrische Eigenschaften wurden gemessen und ausgewertet. Das Gate-Dielektrikum dieser Transistoren hat eine Schichtdicke von etwa 6 nm, so das die Versorgungsspannungen bei etwa 1.5 V liegen. Die Transistoren haben sehr gute elektrische Parameter, z.B. einen großen Durchgangsleitwert (bis zu 10 µS), ein großes Modulationsverhältnis (>10^4), einen steilen Unterschwellanstieg (65 mV/Dekade) und vernachlässigbar kleine Leckströme (~10^-13 A). Für die Realisierung unipolarer Logikschaltungen wurden monolithisch integrierte Lastwiderstände auf der Grundlage metallischer Kohlenstoffnanoröhren mit großem Widerstand oder mittels Vakuumabscheidung erzeugter Kohlenstoffschichten entwickelt und u. a. mittels Vierpunkt- und Transferlängen-Messungen analysiert. Eine Reihe kombinatorischer Schaltungen, z.B. Inverter, NAND-Gatter und NOR-Gatter, sowie eine sequentielle Logikschaltung wurden auf Glassubstraten hergestellt, und deren statische und dynamische Parameter wurden gemessen. Optimierte Inverter arbeiten bei Frequenzen von bis zu 2 MHz und haben Signalverzögerungen von lediglich 12 ns.

Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche pour la simulation numérique des phénomènes électroconvectifs et électro-therrno-convectifs. La principale difficulté réside dans la détermination du champ électrique et de la distribution de densité volurnique de charges électriques. Dans cette approche, des schémas de type TVD (Total Variation Dirninishing) et IDC (ImprovedDeferred Correction) sont utilisées dans la discrétisation des flux convectifs et diffusifs par la méthode des volumes finis. La première partie de cette thèse présente certains aspects numériques liés à l'implémentation de ces schémas. Une approche unifiée pour les schémas convectifs TVD de type borné à haute résolution est présentée et diverses fonctions limiteur sont comparées. Dans une deuxième partie, l'électro-convection entre deux plaques parallèles est simulée. La méthodologie a étéévaluée et validée par la détermination des Critères de stabilité linéaire et non linéaire. Les différents scenarii d'évolution du développement de cette instabilité électroconvective vers l'état chaotique ont été définis. L'effet du mécanisme de diffusion la densité volumique de charge sur la boucle d'hystérésis et sur la structure de l'écoulement est étudié. L'influence du rapport d'aspect de la cavité est analysé. Enfin dans une dernière partie, nous étudions l'électro-thermo-convection lorsque le fluide est soumis simultanément à une injection unipolaire et à un gradient thermique. L'augmentation des transferts de chaleur a été caractérisée. / In this thesis, a numerical approach is presented to simulate the electro- and electro-thermo convection in dielectric liquids. The total variation diminishing (TVD) scheme and improved deferred correction (IDC) scheme are used to compute the convective and diffusive respectively. The aim of TVD scheme is to avoid non-physical oscillations and to capture high gradient of charge density. Some fundarnental aspects related to TVD and LDC schemes are investigated firstly. A unified approach for TVD schemes is explained and various limiter functions are compared. The connection among three methods for diffusive flux computation has been revealed. The original IDC scheme is improved by the application of 2nd order gradient evaluation method.The electro-convection between two parallel plates is then simulated. The methodology was assessed by the determination of the linear and nonlinear stability criterion. By continuously increasing the driving parameter, the successive instabilities and route to chaotic state has been defined. The effects of the diffusion mechanism for the charge density and vertical walls on the hysteresis 100p and the structure are also investigated. The last part is to simuiate electro-thermo-convection when injection and thermal gradient are simultaneously applied. Our solver was verified with a stationary and an overstable stability problem.The case that both heating and injection are from a bottom electrode has been analyzed in details. The neutral stabiliïy curve was reproduced. The existence of nonlinear phenornenon and the structure are highlighted.

This master thesis is about current operational amplifiers and mainly about their internal structures and possible modifications of these structures. The Current operational amplifier consists of several elementary blocks and these blocks are shortly described and used in internal structures of proposed operational amplifiers. Basic elementary blocks of the current operational amplifier are current mirror, diferentional amplifier, current source, transimpedation amplifier and additional elements of a circuit. In this thesis, several elementary structures of the operational amplifiers are introduced. Each amplifier passed through the analysis of the circuit in software MicroCap 9.0. In this software is done the simple DC analysis of the internal structure of the current operational amplifier in connection with a feedback. The solution was focused on bipolar and unipolar technology for each connection. I deal with a method of feedback connection to the operational amplifier and explore real characteristic of the appropriate amplifier in the designed feedback. In principle this design has important influence to the resulting properties of the circuit. Within the analysis of the circuits have been found, how each current operational amplifier works in a defined current range. Every type of surveyed amplifier is closely described, the internal structure is depicted and graph of current transmission of amplifier is shown. At the end of this thesis the amplifiers are compared and there are introduced their advantages and disadvantages.

This thesis investigates the fabrication and integration of nanoscale field-effect transistors based on individual semiconducting carbon nanotubes. Such devices hold great potential for integrated circuits with large integration densities that can be manufactured on glass or flexible plastic substrates. A process to fabricate arrays of individually addressable carbon-nanotube transistors has been developed, and the electrical characteristics of a large number of transistors has been measured and analyzed. A low-temperature-processed gate dielectric with a thickness of about 6 nm has been developed that allows the transistors and circuits to operate with voltages of about 1.5 V. The transistors show excellent electrical properties, including a large transconductance (up to 10 µS), a large On/Off ratio (>10^4), a steep subthreshold swing (65 mV/decade), and negligible leakage currents (~10^-13 A). For the realization of unipolar logic circuits, monolithically integrated load resistors based on high-resistance metallic carbon nanotubes or vacuum-evaporated carbon films have been developed and analyzed by four-probe and transmission line measurements. A variety of combinational logic circuits, such as inverters, NAND gates and NOR gates, as well as a sequential logic circuit based on carbon-nanotube transistors and monolithically integrated resistors have been fabricated on glass substrates and their static and dynamic characteristics have been measured. Optimized inverters operate with frequencies as high as 2 MHz and switching delay time constants as short as 12 ns. / Thema dieser Arbeit ist die Herstellung und Integration von Feldeffekt-Transistoren auf der Grundlage einzelner halbleitender Kohlenstoffnanoröhren. Solche Bauelemente sind zum Beispiel für die Realisierung integrierter Schaltungen mit hoher Integrationsdichte auf Glassubstraten oder auf flexiblen Kunststofffolien von Interesse. Zunächst wurde ein Herstellungsverfahren für die Anfertigung einer großen Anzahl solcher Transistoren auf Glas- oder Kunststoffsubstraten entwickelt, und deren elektrische Eigenschaften wurden gemessen und ausgewertet. Das Gate-Dielektrikum dieser Transistoren hat eine Schichtdicke von etwa 6 nm, so das die Versorgungsspannungen bei etwa 1.5 V liegen. Die Transistoren haben sehr gute elektrische Parameter, z.B. einen großen Durchgangsleitwert (bis zu 10 µS), ein großes Modulationsverhältnis (>10^4), einen steilen Unterschwellanstieg (65 mV/Dekade) und vernachlässigbar kleine Leckströme (~10^-13 A). Für die Realisierung unipolarer Logikschaltungen wurden monolithisch integrierte Lastwiderstände auf der Grundlage metallischer Kohlenstoffnanoröhren mit großem Widerstand oder mittels Vakuumabscheidung erzeugter Kohlenstoffschichten entwickelt und u. a. mittels Vierpunkt- und Transferlängen-Messungen analysiert. Eine Reihe kombinatorischer Schaltungen, z.B. Inverter, NAND-Gatter und NOR-Gatter, sowie eine sequentielle Logikschaltung wurden auf Glassubstraten hergestellt, und deren statische und dynamische Parameter wurden gemessen. Optimierte Inverter arbeiten bei Frequenzen von bis zu 2 MHz und haben Signalverzögerungen von lediglich 12 ns.

Augmenting/reducing of the evoked potential has been shown to be related to sensation seeking (SS) and specific clinical disorders. Buchsbaum demonstrated that patients with bipolar affective disorders (BAD) tend to be augmenters, as is the case with sensation seekers, and patients with unipolar affective disorders (UPD) tend to be reducers. In addition, he reported that prophylactic medication reduced the tendency to augment in bipolar patients. However, evidence for these relations is restricted to a few studies. This study explores whether Buchsbaum’s initial findings can be found in a naturalistic clinical setting. Acoustic evoked potentials were recorded for six levels of intensity (59, 71, 79, 88, 92, 96 dB SPL) from 24 healthy adults, 21 unipolar depressed patients, and 21 patients with BAD. Participants also completed personality questionnaires, especially the Sensation Seeking Scales Form V. Results revealed a positive correlation between SS and augmenting/reducing in healthy controls, thereby replicating earlier findings. Bipolar depressed patients showed larger P1/N1 slopes than healthy controls, when medication was statistically controlled. Unipolar depressed patients showed smaller P2 slopes, but only when medication was not controlled. Implications of these results for further research on augmenting/reducing and affective disorders and their relationship to SS are discussed. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Plusieurs types d’applications industrielles complexes, relèvent du domaine multidisciplinaire de l’Electro-Hydro-Dynamique (EHD) où les interactions entre des particules chargées et des particules neutres sont étudiées dans le contexte couplé de la dynamique des fluides et de l’électrostatique. Dans cette thèse, nous avons étudié par voie de simulation numérique certains phénomènes Electro-Hydro-Dynamiques comme l’injection unipolaire, le phénomène de conduction dans les liquides peu conducteurs et le contrôle d’écoulement avec des actionneurs plasma à barrières diélectriques (DBD). La résolution de tels systèmes physiques complexes exige des ressources de calculs importantes ainsi que des solveurs CFD parallèles dans la mesure où ces modèles EHD sont mathématiquement raides et très consommateurs en temps de calculs en raison des gammes d’échelles de temps et d’espace impliquées. Cette thèse vise à accroitre les capacités de simulations numériques du groupe Electro-Fluido-Dynamique de l’Institut Pprime en développant un solveur parallèle haute performance basé sur des modèles EHD avancés. Dans une première partie de cette thèse, la parallélisation de notre solveur EHD a été réalisée avec des protocoles MPI avancés comme la topologie Cartésienne et les Inter-communicateurs. En particulier, une stratégie spécifique a été conçue pour prendre en compte la caractéristique multi-blocs structurés du code. La nouvelle version parallèle du code a été entièrement validée au travers de plusieurs benchmarks. Les tests de scalabilité menés sur notre cluster de 1200 cœurs ont montré d’excellentes performances. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à la simulation numérique de plusieurs écoulements EHD typiques. Nous nous sommes intéressés entre autres à l’électroconvection induite par l'injection unipolaire entre deux électrodes plates parallèles, à l’étude des panaches électroconvectifs dans une configuration d'électrodes lame-plan, au mécanisme de conduction basé sur la dissociation de molécules neutres d'un liquide faiblement conducteur. Certains de ces nouveaux résultats ont été validés avec des simulations numériques entreprises avec le code commercial Comsol. Enfin, le contrôle d’écoulements grâce à un actionneur DBD a été simulé à l’aide du modèle Suzen-Huang dans diverses configurations. Les effets de l’épaisseur du diélectrique, de l’espacement inter-électrodes, de la fréquence de la tension appliquée et sa forme d’onde, sur la vitesse maximale du vent ionique induit ainsi que sur la force électrique moyenne ont été étudiés. / Several intricately coupled applications of modern industries fall under the multi-disciplinary domain of Electrohydrodynamics (EHD), where the interactions among charged and neutral particles are studied in context of both fluid dynamics and electrostatics together. The charge particles in fluids are generated with various physical mechanisms, and they move under the influence of external electric field and the fluid velocity. Generally, with sufficient electric force magnitudes, momentum transfer occurs from the charged species to the neutral particles also. This coupled system is solved with the Maxwell equations, charge transport equations and Navier-Stokes equations simulated sequentially in a common time loop. The charge transport is solved considering convection, diffusion, source terms and other relevant mechanisms for species. Then, the bulk fluid motion is simulated considering the induced electric force as a source term in the Navier-Stokes equations, thus, coupling the electrostatic system with the fluid. In this thesis, we numerically investigated some EHD phenomena like unipolar injection, conduction phenomenon in weakly conducting liquids and flow control with dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators.Solving such complex physical systems numerically requires high-end computing resources and parallel CFD solvers, as these large EHD models are mathematically stiff and highly time consuming due to the range of time and length scales involved. This thesis contributes towards advancing the capability of numerical simulations carried out within the EFD group at Institut Pprime by developing a high performance parallel solver with advanced EHD models. Being the most popular and specific technology, developed for the distributed memory platforms, Message Passing Interface (MPI) was used to parallelize our multi-block structured EHD solver. In the first part the parallelization of our numerical EHD solver with advanced MPI protocols such as Cartesian topology and Inter-Communicators is undertaken. In particular a specific strategy has been designed and detailed to account for the multi-block structured grids feature of the code. The parallel code has been fully validated through several benchmarks, and scalability tests carried out on up to 1200 cores on our local cluster showed excellent parallel speed-ups with our approach. A trustworthy database containing all these validation tests carried out on multiple cores is provided to assist in future developments. The second part of this thesis deals with the numerical simulations of several typical EHD flows. We have examined three-dimensional electroconvection induced by unipolar injection between two planar-parallel electrodes. Unsteady hexagonal cells were observed in our study. 3D flow phenomenon with electro-convective plumes was also studied in the blade-plane electrode configuration considering both autonomous and non-autonomous injection laws. Conduction mechanism based on the dissociation of neutral molecules of a weakly conductive liquid has been successfully simulated. Our results have been validated with some numerical computations undertaken with the commercial code Comsol. Physical implications of Robin boundary condition and Onsager effect on the charge species were highlighted in electro-conduction in a rectangular channel. Finally, flow control using Dielectric Barrier Discharge plasma actuator has been simulated using the Suzen-Huang model. Impacts of dielectric thickness, gap between the electrodes, frequency and waveform of applied voltage etc. were investigated in terms of their effect on the induced maximum ionic wind velocity and average body force. Flow control simulations with backward facing step showed that a laminar flow separation could be drastically controlled by placing the actuator at the tip of the step with both electrodes perpendicular to each other.

No description available.

[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

This project is made for a deeper understanding ofhow frequency and amplitude of the waves that create the controlwave in a Pulse Width Modulated 2-level inverter affect the powerquality and power losses. The results were that a high frequencyreduces the Total Harmonic Distortion but increases the powerloss. The amplitude, however, reduces both the Total HarmonicDistortion and the power loss as it increases. All the analyseswere done in a simulation program called Simulink. The resultscan be applied when improving High Voltage Direct Currentinverters to develop a functional High Voltage Direct Currentgrid that enables wider use of renewable energy sources. / Projektet syftar till att få en djupare förståelse för hur frekvensen och amplituden på de vågor som skapar kontollvågen i en pulsbreddsmodulerad likspänningsomvandlare med två nivåer påverkar effektkvalitén och effektförlusterna. Resultatet av studien var att en hög frekvens minskar ”Total Harmonic Distortion” men ökar effektförlusterna. Amplituden å andra sidan reducerar både ”Total Harmonic Distortion” och effektförlusterna när den ökar. Alla analyserna är gjorda i simuleringsprogrammet Simulink. Resultaten kan appliceras när högspända likspänningsomvandlare vidareutvecklas för att skapa ett fungerande högspänt-likströms elnät som öppnar upp för en bredare användning av förnyelsebara energikällor. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2020, KTH, Stockholm