Le brouillard électromagnétique dans lequel nous vivons en permanence estaujourd’hui montré du doigt car, outre les risques sanitaires qu’il pourrait engendrer, illimite l’usage de certaines technologies. L’importance des interférences entre réseauxsans fil, ou la peur du piratage sur ces mêmes réseaux, en sont deux exemples. Cetravail de thèse vise à développer un nouveau moyen de protection contre certaines deces ondes électromagnétiques. Plus spécifiquement, ce travail se focalise sur unetechnologie capable de filtrer uniquement les ondes WiFi et GSM à travers de grandessurfaces d’une habitation, comme un mur. Pour ce faire, la fonctionnalisation d’uncomposant standard des bâtiments, le papier-peint, a été étudié.L’utilisation de surfaces sélectives en fréquence a été retenue. Ces motifs sontdirectement imprimés sur du papier à l’aide d’encre conductrice et de la techniqued’impression flexographique. L’étude s’est également portée sur la réalisation de motifsde filtrage innovants. Les résultats de simulation montrent qu’ils sont capables de filtrerdeux ou trois bandes, qu’ils sont quasiment insensibles à la polarisation et à l’angled’incidence dans une plage allant de 0° à ± 80°. Le travail a ensuite permis dedémontrer la faisabilité pratique de ce concept aux stades laboratoire et industriel.Ensuite, nous avons démontré expérimentalement l’efficacité de ce concept dans lesbandes WiFi. La transmission atteint alors -30 dB. Enfin, une validation expérimentaledu produit en situation réelle a été menée, à savoir la pose du papier-peint sur du plâtre,du bois, l’influence de la colle ou encore la pose d’une couche de papier-peint décoratifpar-dessus le produit.En conclusion, les résultats pratiques obtenus confirment les résultats théoriquesestimés et, permettent à ce nouveau concept, appelé métapapier, d’être suffisammentefficace pour permettre la réduction des ondes WiFi ou GSM. / The electromagnetic smog in which we live today is nowadays a real issue because it limits the use of certain technologies and also because there are some potential health risks associated with it, even if the latter is still a controversial subject. The importance of the interferences between wireless networks or the possibility of data hacking on the same networks are two examples. The aim of this thesis is to develop a new way to protect buildings against some of these electromagnetic waves. More specifically, this work focuses on a technology able to filter only the WiFi and the GSM waves through large areas of a home, like a wall for example. To do this, the functionalization of a standard component of buildings, the wallpaper, was studied. The use of frequency selective surface (FSS) was chosen. These patterns are printed directly on paper with a conductive ink printing technology: the flexography. The study also focuses on the realization of innovative filter designs. Simulation results show that these novel FSS are able to filter two or three bands. They are almost insensitive to the polarization and to the angle of incidence in the range of 0° to ±80°. The realization feasibility of this concept in a laboratory or in industrial conditions was demonstrated. Next, an experimental demonstration of this concept in the WiFi bands was carried out. In this context, the transmission coefficient was reached -30 dB. Finally, an experimental validation of the product in real conditions of use was conducted, namely the wallpaper was put over plasterboards or over wood panels. Also, the influence of the glue on the general performances and the placement of a decorative wallpaper over the FSS wallpaper were studied. In conclusion, the practical results obtained confirm and validate the theoretical predictions of this new concept, called metapaper, and show that the practical realizations are efficient enough to allow the reduction of WiFi or GSM signals.

Le travail de cette thèse est en rapport avec les métamatériaux et ses applications. Tout d’abord, un état de l’art est dressé en présentant leur évolution depuis leur apparition en 19ème siècle jusqu’au nos jours. Les notions sur les milieux chirale, bi-anisotrope, cristaux photoniques et quelques applications dans ces milieux sont données. Ensuite, nous présentons les équations classiques de Maxwell dans les milieux complexes. L’effet bi-anisotrope dans les métamatériaux est ensuite validé par l’extraction des paramètres caractéristiques du matériau main gauche (LHM). La validation a été faite en utilisant deux types différents du résonateur avec inclusion (SRR). Les métamatériaux sont également étudiés comme des cristaux photoniques quand les dimensions utilisées sont de l’ordre de la longueur d’onde correspondant.De plus, les résonateurs SRR et multi-SRR sont analysés du point de vue analytique et électromagnétique afin d’extraire leur fréquence de résonance. Par conséquent, ces composants peuvent être introduits dans différents types de conception; La surface conductrice magnétique artificielle (AMC) illustre un cas explicite et efficace de ces derniers. Une antenne dipôle, placée sur cette surface à la place d’un plan de masse conventionnel, a été étudiée comme une application des métamatériaux. Les résultats relatifs sur la directivité, le gain et le coefficient de réflexion montrent une nette amélioration. Une antenne multi-bandes, comme une autre application des métamatériaux, a également été conçue et simulée. Le résonateur SRR est inséré dans l’antenne de départ afin de créer une autre résonance, et par conséquent une autre bande est ainsi créée. / The work in this thesis deals with metamaterials, its components and applications. A historical overview about these materials, features and researches in the domain are presented. Chiral media, binaisotropic materials and photonic crystals are also studied in order to visualize physics behind metamaterials.Electromagnetic properties in complex media are widely investigated. Starting from Maxwell’s equations, bi-anisotropic materials and their effect are deeply analyzed whereas two types of Split Ring Resonator (SRR) are treated to determine constitutive parameters of Left Handed Materials (LHM). The metamaterials are also studied as photonic crystals since the effective medium approach is not applicable when the dimensions of the inclusions tend to the operating wavelength.Moreover, SRRs and Multi SRRs are synthesized analytically and electromagnetically in order to extract their resonant frequencies. Consequently, these components could be introduced in any design; Artificial Magnetic Conductor (AMC) surface is an efficient case. Thus, a low profile antenna positioned over such surface is examined as an application of metamaterials. The results of directivity, gain and reflection coefficient are of great importance and affirm the employing of metamaterials in such applications. A dual band PCB antenna, as another application of metamaterials, is designed and simulated. The SRR element studied in the previous chapters is used as the trap which inserted in the arm of the antenna in order to create another resonance, and consequently another band is created.

A potencialidade do eletrodo de cobre em meio alcalino foi demonstrada para o determinação de etanol a +0,6 V vs Ag/AgCl. A participação de espécies solúveis de Cu(III) no processo eletrocatalítico envolvendo a oxidação do etanol foi demonstrada por experimentos utilizando eletrodo disco-anel. A influência do potencial de pré-tratamento no sinal anódico foi investigada e correlacionada com a morfologia dos filmes formados na superfície do eletrodo por EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy), indicando que as espécies de Cu(III) são originadas a partir da oxidação da camada de CuO. As medidas de etanol foram realizadas por amperometria em 0,6 V (vs Ag/AgCl). A repetibilidade das medidas utilizando padrão aquoso de etanol 0,05 % (v/v) foi de 3 % (v/v) e os limites de detecção e quantificação foram de 0,005 % (v/v) e 0,01 % (v/v), respectivamente. Nas condições experimentais otimizadas, o sensor amperométrico foi utilizado para o monitoramento da concentração de etanol no ar exalado (BrAC), que foi convenientemente coletado em um balão de borracha (V = 3 L) e introduzido em uma solução de NaOH 1 mol L-1 (V = 10 mL). O sensor apresentou uma faixa linear para concentrações de etanol em ar exalado na faixa de 0,26 – 130 mg L-1, operando de acordo com os parâmetros analíticos especificados na Legislação Brasileira para a quantificação de etanol no ar exalado em condutores de veículos automotores. A constante de eliminação de etanol do corpo humano também foi investigada e os resultados concordaram com os valores da literatura. Empregando-se eletrodos de Cu e Au foram também desenvolvidas outras metodologias para a quantificação de dipirona, glicose e ácido ascórbico e sistemas em fluxo. Estudos sobre o desenvolvimento e propriedades de um sistema gerador-coletor foram realizados e o dispositivo foi utilizado em titulações de substâncias redutoras com iodo gerado eletroquimicamente. / A copper disc working electrode in alkaline solutions was demonstrated to act as a suitable amperometric sensor for ethanol determination at +0.6 V vs Ag/AgCl. The participation of free-soluble Cu(III) species in the electrocatalytic process involving the anodic oxidation of ethanol has been demonstrated by rotating ring-disc electrode voltammetry. The influence of the pretreatment potential on the anodic signal was investigated and a correlation with the morphology of the electrode surface characterized by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) indicated that the Cu(III) species is originated from the oxidation of a CuO layer. Ethanol measurements were performed in the amperometric mode at 0.6 V (vs Ag/AgCl). The repeatability of the measurements for a 0.05 % aqueous ethanol solution was estimated as 3 %, and the detection and quantification limits were determined as 0.005 % and 0.01 %, respectively. At the optimum experimental conditions, the amperometric sensor was used to monitor the concentration of ethanol in breath (BrAC), which was conveniently collected in a rubber air balloon (volume = 3 L) and introduced in a 1 mol L-1 NaOH working solution (volume = 10 mL). The sensor can measure a person\'s breath ethanol over the concentration range 0.26 - 130 mg L-1 by operating it according to an established protocol, of which the analytical parameters are specified by the Brazilian Legislation for BrAC measurements in drivers. The rate of ethanol degradation in the body was followed, and the results agree with predictions in the literature. Methodologies for the determination of dipyrone, glucose and ascorbic acid were also developed by using Cu and Au electrodes. Features of a dual-band electrochemical cell were investigated towards the development of a generator-collector system, which was employed in titrations with electrogenerated iodine.

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental desarrollar nuevas estructuras capacitivas de filtrado en guía de ondas rectangular que sean capaces de proporcionar mayores ancho de banda en la banda de paso y, al mismo tiempo, mejorar la respuesta fuera de banda. Estas nuevas estructuras guiadas han sido pensadas para ofrecer nuevas soluciones tecnológicas para los filtros de microondas de alta frecuencia, con una variedad de diferentes funciones de transferencia, abordando específicamente las necesidades de los futuros sistemas de telecomunicaciones para aplicaciones terrestres y espaciales. En este contexto, por lo tanto, discutimos en este documento el estudio, diseño y fabricación de varios tipos de filtros de microondas en guía de ondas rectangular que muestran una mejora significativa con respecto al estado del arte. Las soluciones que discutimos se obtienen introduciendo modificaciones simples en la estructura de los filtros de microondas clásicos. Varias técnicas que emplean iris híbridos, resonadores con salto de impedancia, configuración en escalera y uniones T en plano E con conexiones en cortocircuito o manifold, se utilizan con éxito para cumplir con las exigentes especificaciones de los futuros sistemas para aplicaciones terrestres y espaciales. Además, un desafío actual adicional al que se enfrentan todos los diseñadores de equipos y componentes de microondas es la necesidad de reducir tanto su tamaño físico como su masa (o peso). Para abordar este problema, discutimos en este documento el uso de aperturas resonantes en guías de ondas rectangulares, presentando una nueva familia de filtros que se pueden usar para implementar funciones complejas de transferencia de banda única y banda doble con una reducción significativa de tamaño y masa. En los siguientes capítulos de esta tesis doctoral, cada tema se analiza en detalle, incluyendo las formulaciones teóricas básicas, los procedimientos de diseño, los resultados de las simulaciones electromagnéticas de onda completa, las consideraciones de fabricación y el rendimiento medido de una serie de prototipos. En todos los casos se ha encontrado una excelente concordancia entre las mediciones y las simulaciones realizadas, validando así completamente tanto las estructuras novedosas propuestas como sus procedimientos de diseño. / [CA] La present tesi doctoral té com a objectiu fonamental el desenvolupament de noves estructures capacitives de filtrat en guia d'ones rectangular que siguen capaços de proporcionar major ample de banda en la banda de pas i millorar, al mateix temps, la resposta fora de banda. Aquestes noves estructures guiades han sigut pensades per a oferir noves solucions tecnològiques per a filtres de microones d'alta freqüència, amb una varietat de diferents funcions de transferència, abordant específicament les necessitats dels futurs sistemes de telecomunicacions per a aplicacions terrestres i espacials. En aquest context, per tant, discutim en aquest document l'estudi, disseny i fabricació de diversos tipus de filtres de microones en guia d'ones rectangular que mostren una millora significativa respecte a l'estat de l'art. Les solucions que discutim s'obtenen introduint modificacions simples en l'estructura dels filtres de microones clàssics. Diverses tècniques que fan ús d'iris híbrids, ressonadors amb salt d'impedància, configuració en escala i unions T en plànol E amb connexions en curtcircuit o col·lector, s'utilitzen amb èxit per a complir amb les exigents especificacions dels sistemes futurs per a aplicacions terrestres i espacials. A més, un desafiament actual addicional al qual s'enfronten tots els dissenyadors d'equips i components de microones és la necessitat de reduir tant la seua grandària física com la seua massa (o pes). Per a abordar aquest problema, discutim en aquest document l'ús d'obertures ressonants en guies d'ones rectangulars, presentant una nova família de filtres que es poden usar per a implementar funcions complexes de transferència de banda única i doble banda amb una reducció significativa de grandària i massa. En els següents capítols d'aquesta tesi doctoral, cada tema s'analitza detalladament, incloent les formulacions teòriques bàsiques, els procediments de disseny, els resultats de les simulacions electromagnètiques d'ona completa, les consideracions de fabricació i el rendiment mesurat d'una sèrie de prototips. En tots els casos s'ha trobat una excel·lent concordança entre el mesurament i les simulacions realitzades, validant així completament tant les estructures noves propostes com els seus procediments de disseny. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the development of new capacitive filtering structures in rectangular waveguide that are able to provide wide bandwidths in the pass-band and improve, at the same time, the out-of-band response. These new guided structures have been developed in order to offer new technological solutions for high-frequency microwave filters, with a variety of different transfer functions, addressing specifically the needs of future telecommunication systems for both ground and space applications. In this context, therefore, we discuss in this document the study, design and manufacture of several types of microwave filter in rectangular waveguide that show a significant improvement with respect to the state-of-the-art. The new solutions that we propose are obtained by introducing simple modifications in the structure of classic microwave filters. Several techniques based on hybrid irises, stepped impedance resonators, staircase configuration and E-plane T-junctions with shorted stubs or manifold connections, are successfully used in order to meet the very demanding specifications of future systems for both ground and space applications. Furthermore, an additional current challenge faced by all designers of microwave components is the need to reduce both their physical size and mass (or weight). To address this issue, we discuss in this document the use of resonant apertures in rectangular waveguide, introducing a new family of filters which can be used to implement complex single and dual-band transfer functions with significant size and mass reduction. In the following chapters of this doctoral thesis, each subject is discussed in detail including the basic theoretical formulations, design procedures, the results of full-wave electromagnetic simulations, manufacturing considerations, and the measured performance of a number of prototypes. Excellent agreement is found in all cases between measurement and simulations, thereby fully validating both the novel structures discussed and their design procedures. / Valencia Sullca, JF. (2021). New Wide-Band Capacitive Filter Structures in Rectangular Waveguide Technology With Enhanced Out-of-Band Response [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180198

[ES] La presente tesis doctoral tiene como principal objetivo el estudio, diseño, desarrollo y fabricación de nuevos dispositivos pasivos de microondas, tales como filtros y multiplexores con respuestas avanzadas para aplicaciones de alto valor añadido (i.e. comerciales, militares, espacio); orientados a distintos servicios, actuales y futuros, en sistemas inalámbricos de comunicación. Además, esta investigación se centrará en el desarrollo de filtros encapsulados de montaje superficial y con un elevado grado de miniaturización. Para ello, se propone investigar distintas técnicas que consigan respuestas muy selectivas o con unas características exigentes en rechazo (mediante la flexible introducción de ceros de transmisión), así como una excelente planaridad en banda (aplicando técnicas tales como la mejora del Q o el diseño de filtros con pérdidas, lossy filters), obteniendo de este modo respuestas mejoradas, con respecto a soluciones conocidas, en los componentes de microondas desarrollados. De forma general, la metodología seguida se iniciará con una búsqueda y conocimiento del estado del arte sobre cada uno de los temas que se acometerán en esta tesis. Tras ello, se establecerá un procedimiento de síntesis que permitirá acometer de forma teórica los objetivos y especificaciones a conseguir en cada caso. Con ello, se establecerán las bases para iniciar el proceso de diseño, incluyendo co-simulación circuital/electromagnética y optimización que permitirán, en última instancia, implementar la solución planteada en cada caso de aplicación concreto. Finalmente, la demostración y validez de todas las investigaciones realizadas se llevará a cabo mediante la fabricación y caracterización experimental de distintos prototipos. / [CA] La present tesi doctoral té com a principal objectiu l'estudi, disseny, desenvolupament I fabricació de nous dispositius passius de microones, com ara filtres i multiplexors amb respostes avançades per a aplicacions d'alt valor afegit, (comercials, militars, espai); orientats a oferir diferents serveis, actuals i futurs, en els diferents sistemes sense fils de comunicació. A més, aquesta investigació es centrarà en el desenvolupament de filtres encapsulats de muntatge superficial i amb un elevat grau de miniaturització. Per a això, es proposa investigar diferents tècniques que aconsegueixin respostes molt selectives o amb unes característiques exigents en rebuig (mitjançant la flexible introducció de zeros de transmissió), així com una excel·lent planaritat en banda (aplicant tècniques com ara la millora de l'Q o el disseny de filtres amb perdues, lossy filters), obtenint d'aquesta manera respostes millorades, respecte solucions conegudes, en els components de micrones desenvolupats. De forma general, la metodologia seguida s'iniciarà amb una recerca i coneixement de l'estat de l'art sobre cadascun dels temes que s'escometran en aquesta tesi. Després d'això, s'establirà un procediment de síntesi que permetrà escometre de forma teòrica els objectiusi especificacions a aconseguir en cada cas. Amb això, s'establiran les bases per iniciar el procés de disseny, amb co-simulació circuital / electromagnètica i optimització que permetran, en última instància, implementar la solució plantejada en cada cas d'aplicació concret. Finalment, la demostració i validesa de totes les investigacions realitzades es durà a terme mitjançant la fabricació i caracterització experimental de diferents prototips. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study, design, development and manufacture of new passive microwave components, such as filters and multiplexers with advanced responses for commercials, military and space applications; oriented to other different services, in current and future wireless communication systems. In addition, this research will focus on the development of surface-mounted encapsulated filters with a high degree of miniaturization. With this purpose, it is proposed to investigate different techniques that achieve highly selective responses or with demanding characteristics in rejection (through the flexible introduction of transmission zeros), as well as an excellent in-band planarity (applying techniques such as the Q enhancement or lossy filters), thus obtaining improved responses, with respect to known solutions, in the developed microwave components. In general, the followed methodology will begin with a search and knowledge of the state of the art on each of the topics addressed in this thesis. After that, a synthesis procedure will be established, which will allow the achievement of the objectives and specifications in a theoretical way, for each case. With this, the bases will be established to start the design process, with circuital and electromagnetic co-simulations and optimizations that will allow, ultimately, to implement the proposed solution, in every application case, specifically. Finally, the demonstration and validity of all the investigations will be carried out through the manufacture and experimental characterization of different prototypes. / Marín Martínez, S. (2022). Microwave Filters in Planar and Hybrid Technologies with Advanced Responses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188943