[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 población mundial en países desarrollados está envejeciendo y con ello existe un aumento de enfermedades en gran medida causadas por la edad. Las nuevas tecnologías médicas pueden ayudar a detectar, diagnosticar y tratar estas enfermedades y con ello ahorrar dinero, tiempo y recursos de los sistemas sanitarios. Las tecnologías inalámbricas implantables han abierto un nuevo panorama para la próxima generación de tecnologías médicas. Frecuencias como la Ultra Wide-Band (UWB) de 3.1 a 10.6 GHz están siendo consideradas para la nueva generación de dispositivos inalámbricos para dentro del cuerpo humano. Las características como el reducido tamaño de las antenas, la baja potencia de transmisión y la alta velocidad de datos son las más buscadas en este tipo de dispositivos. El problema surge porque el cuerpo humano depende de la frecuencia de modo que a mayores frecuencias, mayores son las pérdidas por propagación. Conociendo el canal de transmisión se puede solventar el problema de las altas pérdidas. Esta tesis tiene como objetivo caracterizar el canal de radio frecuencia (RF) para la nueva generación de dispositivos médicos implantables. Para caracterizar el canal se han empleado tres diferentes metodologías: simulaciones numéricas, medidas en phantom y experimentos en animales vivos. Las medidas en phantom fueron realizadas en un nuevo sistema de medidas expresamente disen¿ados para medidas de dentro a fuera del cuerpo humano en la banda de frecuencias UWB. Además, se utilizó un novedoso recipiente con dos capas de phantom imitando la zona gastrointestinal del cuerpo. Estos phantoms fueron creados para este tipo de medidas y son extremadamente precisos a las frecuencias UWB. Para los experimentos en animales se utilizaron cerdos y se intentó reproducir en ellos las medidas previamente realizadas en phantom. Las simulaciones software se realizaron con la intención de replicar ambas metodologías. Una vez realizados los experimentos se realizó un extensivo estudio del canal en dominio frecuencial y temporal. Mas en detalle, se compararon las antenas usadas en la recepción y transmisión, el efecto de la grasa en el canal, la formas del recipiente contenedor de phantom y las componentesmulticamino. Como resultado se ha propuesto un modelo de propagación del canal para la banda baja de las frecuencias UWB (3.1 -5.1 GHz) para la zona gastrointestinal del cuerpo humano. Este modelo de propagación ha sido validado utilizando las tres metodologías previamente descritas y comparada con otros estudios existentes en literatura. Finalmente, se midió el canal de propagación para una determinada aplicación a bajas frecuencias con señales UWB. También se realizaron medidas del canal de propagación en la zona cardíaca del cuerpo humano desde un punto de vista de seguridad de datos. Los resultados obtenidos en esta tesis confirman los beneficios que tendría la utilización de frecuencias UWB para las futuras generaciones de dispositivos médicos implantables. / [CA] La població mundial a països desenvolupats està envellint-se i enfrontant-se a un augment d'infermetats principalment causades per la edat. Les noves tecnologies mèdiques poden ajudar a detectar, diagnosticar i tractar aquestes malalties, estalviant diners, temps i recursos sanitaris. Els dispositius implantables sense fils han generat un nou panorama per a les noves generacions de dispositius mèdics. Les freqüències com la banda de UWB estan sent considerades per a les futures tecnologies implantables. La reduïda grandària de les antenes, la baixa potència de transmissió i les altes velocitats de dades son característiques buscades per als dispositius implantables. Per contra, els éssers humans depenen de la freqüència en el sentit que a majors freqüències, majors les pèrdues per propagació quan el senyal travessa el cos humà d'interior a exterior. Per solventar aquestes pèrdues el canal de propagació s'ha d'entendre i conèixer de la millor manera possible. Aquesta tesi doctoral te com a objectiu caracteritzar el canal de radio freqüència (RF) per a la nova generació de dispositius mèdics implantables. S'han emprat tres metodologies diferents per a realitzar aquesta caracterització: simulacions software, mesures amb fantomes i experiments amb animals vius. Els experiments amb fantomes es van realitzar a un sistema de mesures dissenyat expressament per a les transmissions de dins a fora del cos humà a les freqüències UWB. També es van utilitzar un contenidor per als fantomes de dues capes, imitant l'area gastrointestinal dels humans. Per als experiments a animals es van emprar porcs, replicant els experiments al laboratori en fantomes de la forma més semblant possible. Les simulacions software foren dissenyades per a imitar les experiments amb fantomes i animals. Després dels experiments el canal de propagació es va investigar exhaustivament des del domini freqüèncial i temporal. S'ha observat com les antenes en transmissió i recepció afecten al senyal, la influència de la grassa, la forma del contenidor de fantoma i les possibles contribucions multicamí. Finalment es proposa un nou model de propagació per a les baixes freqüències UWB (3.1 a 5.1 GHz) per a la zona GI del cos humà. El model es va validar utilitzant les tres metodologies abans esmentades i també foren comparades amb model ja existents a la literature. Finalment des d'un punt de vista aplicat, el canal es va avaluar per al senyal UWB a baixes freqüències (60 MHz). A més a més, per a la nova generació de marcapassos sense fil es va investigar el canal des d'un punt de vista de seguretat de dades. Els resultats obtinguts a aquesta tesi confirmen els avantatges d'emprar la banda de freqüències UWB per a la nova generació de dispositius médics implantables. / [EN] The current global population in developed countries is becoming older and facing an increase in diseases mainly caused by age. New medical technologies can help to detect, diagnose and treat illness, saving money, time, and resources of physicians. Wireless in-body devices opened a new scenario for the next generation of medical devices. Frequencies like the Ultra Wide-band (UWB) frequency band (3.1 - 10.6 GHz) are being considered for the next generation of in-body wireless devices. The small size of the antennas, the low power transmission, and the higher data rate are desirable characteristics for in-body devices. However, the human body is frequency ependent, which means higher losses of the radio frequency (RF) signal from in- to out-side the body as the frequency increases. To overcome this, the propagation channel has to be understood and known as much possible to process the signal accordingly. This dissertation aims to characterize the (RF) channel for the future of in-body medical devices. Three different methodologies have been used to characterize the channel: numerical simulations, phantom measurements, and living animals experiments. The phantom measurements were performed in a novel testbed designed for the purpose of in-body measurements at the UWB frequency band. Moreover, multi-layer high accurate phantoms mimicking the gastrointesintal (GI) area were employed. The animal experiments were conducted in living pigs, replicating in the fairest way as possible the phantom measurement campaigns. Lastly, the software simulations were designed to replicate the experimental measurements. An in-depth and detail analysis of the channel was performed in both, frequency and time domain. Concretely, the performance of the receiving and transmitting antennas, the effect of the fat, the shape of the phantom container, and the multipath components were evaluated. Finally, a novel path loss model was obtained for the low UWB frequency band (3.1 - 5.1 GHz) at GI scenarios. The model was validated using the three methodologies and compared with previous models in literature. Finally, from a practical case point of view, the channel was also evaluated for UWB signals at lower frequencies (60 MHz) for the GI area. In addition, for the next generation of leadless pacemakers the security link between the heart and an external device was also evaluated. The results obtained in this dissertation reaffirm the benefits of using the UWB frequency band for the next generation of wireless in-body medical devices. / Pérez Simbor, S. (2019). In-body to On-body Experimental UWB Channel Characterization for the Human Gastrointestinal Area [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/133034

Les systèmes de communication mobiles permettent l’utilisation de l’information en environnements complexes grâce à des dispositifs portables qui ont comme principale restriction la durée de leurs batteries. Des nombreux efforts se sont focalisés sur la réduction de la consommation d’énergie des circuits électroniques de ces systèmes, une fois que le développent des technologies des batteries ne avance pas au rythme nécessaire. En outre, les systèmes RF sont généralement conçus pour fonctionner de manière fixe, spécifiés pour le pire cas du lien de communication. Toutefois, ce scénario peut se produire dans une petite partie du temps, entraînant ainsi en perte d’énergie dans le reste du temps. La recherche des circuits RF adaptatifs, pour adapter le niveau du signal d'entrée pour réduire la consommation d'énergie est donc d'un grand intérêt et de l'importance. Dans la chaîne de réception radiofréquence, l'amplificateur à faible bruit (LNA) se montre un composant essentiel, autant pour les performances de la chaîne que pour la consommation d'énergie. Au cours des dernières décennies, des techniques pour la conception de LNAs reconfigurables ont été proposées et mises en oeuvre. Cependant, la plupart d'entre elles s’applique seulement au contrôle du gain, sans exploiter Le réglage de la linéarité et du bruit envisageant l'économie d'énergie. De plus,ces circuits occupent une grande surface de silicium, ce qui entraîne un coût élevé, ou NE correspondent pas aux nouvelles technologies CMOS à faible coût. L'objectif de cette étude est de démontrer la faisabilité et les avantages de l'utilisation d'un LNA reconfigurable numériquement dans une chaîne de réception radiofréquence, du point de vue de la consommation d'énergie et de coût de fabrication. / Mobile communication systems allow exploring information in complex environments by means of portable devices, whose main restriction is battery life. Once battery development does not follow market expectations, several efforts have been made in order to reduce energy consumption of those systems. Furthermore, radio-frequency systems are generally designed to operate as fixed circuits, specified for RF link worst-case scenario. However, this scenario may occur in a small amount of time, leading to energy waste in the remaining periods. The research of adaptive radio-frequency circuits and systems, which can configure themselves in response to input signal level in order to reduce power consumption, is of interest and importance. In a RF receiver chain, Low Noise Amplifier (LNA) stand as critical elements, both on the chain performance or power consumption. In the past some techniques for reconfigurable LNA design were proposed and applied. Nevertheless, the majority of them are applied to gain control, ignoring the possibility of linearity and noise figure adjustment, in order to save power. In addition, those circuits consume great area, resulting in high production costs, or they do not scale well with CMOS. The goal of this work is demonstrate the feasibility and advantages in using a digitally controlled LNA in a receiver chain in order to save area and power. / Os sistemas de comunicação móveis permitem a exploração da informação em ambientes complexos através dos dispositivos portáteis que possuem como principal restrição a duração de suas baterias. Como o desenvolvimento da tecnologia de baterias não ocorre na velocidade esperada pelo mercado, muitos esforços se voltam à redução do consumo de energia dos circuitos eletrônicos destes sistemas. Além disso, os sistemas de radiofrequência são em geral projetados para funcionarem de forma fixa, especificados para o cenário de pior caso do link de comunicação. No entanto, este cenário pode ocorrer em uma pequena porção de tempo, resultando assim no restante do tempo em desperdício de energia. A investigação de sistemas e circuitos de radiofrequência adaptativos, que se ajustem ao nível de sinal de entrada a fim de reduzir o consumo de energia é assim de grande interesse e importância. Dentro de cadeia de recepção de radiofrequência, os Amplificadores de Baixo Ruído (LNA) se destacam como elementos críticos, tanto para o desempenho da cadeia como para o consumo de potência. No passado algumas técnicas para o projeto de LNA reconfiguráveis foram propostas e aplicadas. Contudo, a maioria delas só se aplica ao controle do ganho, deixando de explorar o ajuste da linearidade e da figura de ruído com fins de economia de energia. Além disso, estes circuitos ocupam grande área de silício, resultando em alto custo, ou então não se adaptam as novas tecnologias CMOS de baixo custo. O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade e as vantagens do uso de um LNA digitalmente configurável em uma cadeia de recepção de radiofrequência do ponto de vista de custo e consumo de potência.

Having a device with the capability of measure motions from gait produced by a human being, could be of most importance in medicine and sports. Physicians or researchers could measure and analyse key features of a person's gait for the purpose of rehabilitation or science, regarding neurological disabilities. Also in sports, professionals and hobbyists could use such a device for improving their technique or prevent injuries when performing. In this master thesis, I present the research of what technology is capable of today, regarding gait analysis devices. The research that was done has then help the development of a suggested standalone hardware sensor node for a Body Area Network, that can support research in gait analysis. Furthermore, several algorithms like for instance UWB Real-Time Location and Dead Reckoning IMU/AHRS algorithms, have been implemented and tested for the purpose of measuring motions and be able to run on the sensor node device. The work in this thesis shows that a IMU sensor have great potentials for generating high rate motion data while performing on a small mobile device. The UWB technology on the other hand, indicates a disappointment in performance regarding the intended application but can still be useful for wireless communication between sensor nodes. The report also points out the importance of using a high performance micro controller for achieving high accuracy in measurements.

L’utilisation des semi-conducteurs à large bande interdite (wide bandgap ou WBG) tels que le carbure de silicium SiC, le nitrure de gallium GaN, le diamant, etc… s’est répandue dans le domaine de l’électronique de puissance ces dernières décennies. Leurs caractéristiques électroniques et mécaniques font des WBGs des solutions alternatives pour remplacer le traditionnel silicium. Cependant, des études supplémentaires sont indispensables pour améliorer la tenue en tension, les pertes statiques et dynamiques et les performances en fonctionnement à haute température des composants WBGs. Dans ce cadre, deux bancs expérimentaux OBIC (Optical Beam Induced Current) spécifiques « en cours de développement » sont mis en place pendant cette thèse. L’OBIC consiste à éclairer avec un faisceau laser de longueur d’onde appropriée une jonction polarisée en inverse, des porteurs de charge sont alors créés par absorption photonique. On peut alors mesurer un courant induit par faisceau optique (OBIC) lorsque les porteurs sont générés dans la zone de charge d’espace. Après une première phase de préparation et d’adaptation de l’environnement expérimental, des essais ont mené à la démonstration du principe de génération multi-photonique en éclairant une jonction SiC avec un faisceau vert (532 nm). L’analyse des différentes mesures OBIC nous a permis de construire une image du champ électrique à la surface de la diode : une analyse non destructive pour étudier l’efficacité des protections périphériques des jonctions et pour détecter les défauts dans la structure cristalline. Egalement, la durée de vie des porteurs minoritaires a été déduite par l’analyse de la décroissance du courant OBIC au bord de la jonction. Les coefficients d’ionisation sont également déterminés par la méthode OBIC, ces coefficients sont des paramètres clés pour la prévision de la tension de claquage des composants. Nous avons réalisé des mesures OBIC dans le GaN, et nous avons observé un effet d’absorption bi-photonique dans le diamant avec un faisceau UV (349 nm). / In the last few decades, the use of wide bandgap (WBG) semiconductors (silicon carbide SiC, gallium nitride GaN, diamond, etc…) has become popular in the domain of power electronics. Their electronic and mechanical characteristics made of the WBGs a good alternative to the traditional silicon. However, additional studies are mandatory to improve the breakdown voltage, static and dynamic losses, and the performance at high temperature of the WBG devices. In this context, two specific experimental benches OBIC (Optical Beam Induced Current) -under development- are set up during this thesis. OBIC method consists to generate free charge carriers in a reverse biased junction by illuminating the device with an appropriate wavelength. An OBIC signal is measured if the charge carriers are generated in the space charge region. After a first phase of preparation and adaptation of the experimental environment, OBIC measurements led to demonstrate the multi-photonic generation by illuminating a SiC junction with a green laser (532 nm). OBIC measurements allowed giving an image of the electric field at the surface of the diode: OBIC presents a non-destructive analysis to study the efficiency of the peripheral protection and to detect the defects in the semi-conductor. Minority carrier lifetime was also deduced by studying the OBIC decrease at the edge of the space charge region. Ionization rates were extracted using OBIC method; these coefficients are key parameters to predict the breakdown voltage of the devices. OBIC measurements were also realized on the GaN, and two-photon generation was highlighted by measuring an OBIC current in the diamond when illuminating it with a UV laser beam (349 nm).

Systems with extreme bandwidth are part of advanced modern systems at radio high capacitive communication. Originally this technology was intended for radar scan. Thanks to wide frequency band had radar possibility „ see" a behind crimp, e.g. behind woody partitions etc . To his noise immunity, fail safe tapping plus small wattage heftiness began use for datal systŽm function. If is elementary antenna compound from coaxial probe and shorting outlet, it is possible use to actuating separate narrow slot placed in the middle of incandescent dabs. Impedance and radiating characteristics conventionally plumbed phlobaphene antennae excited tape lead and suggested microstrip phlobaphene antennae are experimentally explored plus collated. Explored is so and effect changes slotted longitude slot on characteristics elementary antenna.

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