Search

Informe final del proyecto: Óxidos y estructuras híbridas de respuesta multifuncional El subproyecto MAT2011-29269-C03-02 ha tenido como objetivo el diseño y caracterización de dispositivos sintonizables. Para ello se han realizado actividades en el desarrollo de plataformas de caracterización y herramientas de síntesis y diseño de filtros teniendo en cuenta las propiedades de los materiales. Se han apartado importantes avances en ambas líneas de investigación.

The RF-DC conversion efficiency of a rectifier when it is excited by digitally modulated signals is studied. This project is the first step to the implementation of a system able to transmit energy and information simultaneously. However, the study is focused on the energy transmission, therefore Wireless-Power Transmission (WPT). A rectifier, which is a device able to convert RF signals into DC is the key element in the system. In this project two rectifiers which work in the 900MHz band have been studied: the first one (dual-band) has a system called resistance compression network (RCN). This system helps the rectifier to keep the RF-DC conversion efficiency insensitive to changes in the load or in the input power. Also, this rectifier can work in the 2GHz band. The other rectifier (stub), has no RCN system. A variety of signals with the same average power but different complementary cumulative distribution function (CCDF), peak-to-average-power ratio (PAPR) and instantaneous power variance (IPV) properties are applied at the input of the rectifiers. In the transmission a root raised cosine filter is used. If the roll-off factor β is changed the RF-DC conversion efficiency will vary. It is shown if β presents high values, signals have low PAPR and IPV values, however, if β is near 0, the PAPR and IPV are high. Therefore, it can be seen that β can improve the RF-DC conversion efficiency. The effect of changing the average input power is analyzed. The main conclusion is the reduction of the optimum load value as the average input power increases The symbol rate has been studied. It is shown that the RF-DC conversion efficiency depends on the modulation rate through the output filter of the rectifier formed by the output capacitor and load value. It is shown that the IPV has the strongest effect into the RF-DC conversion efficiency. If the load resistor is high, signals with high IPV present a high efficiency, whereas, if the load is low signals with low IPV or continuous wave have better results than the previous ones. At last, it is seen that the diode has a big effect on the RF-DC conversion efficiency. When the output voltage reaches the diode breakdown voltage the efficiency drops. Comparing both rectifiers, the dual-band rectifier has worse peak efficiency than the stub rectifier. However, this rectifier can handle the variation of the load or the input power better than the stub rectifier.

In this project a flat antenna array on Substrate Integrated Waveguide technology (SIW) has been designed, simulated and built to be used in automotive radar at 24 GHz. The software used in the simulation, configuration and optimization was Ansoft HFSS. It is one of several commercial tools used to design the antenna and RF elements. SIW technology consists of integrating a waveguide within a dielectric substrate by using rows of metalized vias. The proposed antenna consists of two substrates, the first will have the rows of metalized vias and one of its metal plates is edged and the second substrate includes patch antenna elements that are aperture coupled to the other substrate. The array will consist of two rows of radiating elements joined by a divider in SIW technology that has a microstrip-SIW taper transition. More specifically, the divider joins two linear arrays of 4 radiating elements separated λ / 2. Each of these linear arrays of 4 elements are formed by slot coupled patch antennas where the slots are shifted with respect to the center of the waveguide to compensate for the 180º offset that appears in the standing wave and separated λ / 2. These individual radiating elements consist of slots in the first substrate shifted a distance relative to the center of SIW waveguide and a patch on the second substrate coupled to the slot. The planar array has been built using a milling machine and characterized in an anechoic chamber in order to check its performance. The proposed antenna has gain levels of 13.53 dB at 24 GHz, a beam width of 25º in the H plane, a beam width of 48º in the E plane, a front-to-back ratio of 35.44 dB and a ratio of primary to secondary lobe of 13.71 dB. The work performed during this project has give rise to an international conference paper that appears in the Proceedings of IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), 16-19 November 2014, Antibes (France).

In this project, the main idea is to design a circular polarization rectenna and use this same rectenna to build a 2x2 array to capture the energy emitted at 2.45 GHz. The rectenas are antennas with a rectifier which is responsible for transforming the electromagnetic energy that captures the antenna, DC. The rectifier is the key element of these rectenas. A good rectifier ensures good energy conversion. With rectenas you can create systems of wireless power transmissio, and thus power sensors or other devices without these have batteries. The rectena is a receiving antenna designed with rectifier, operating at a frequency of 2.45 GHz, this rectena is capable of converting electromagnetic waves of this frequency to DC. For antenna design has been used HFSS, a software electromagnetic simulations. And for the design and maximizing the conversion efficiency of the rectifier it has been used ADS. Aim has managed to make a rectena prototype that meets the requirements. As it has also been successfully made an array of 2 x 2 rectenas.

This thesis is about the RF-DC conversion efficiency analysis of a rectifier when it is fed with multi-sine signals. To do it, a 900-930 MHz rectifier has been designed using Keysight ADS with Harmonic Balance, also, the parameters of the multi-sine signal,such as Peak to Average Power Ratio (PAPR), Complementaty Cumulative Distribution Function (CCDF) and Instantaneous Power Variance (IPV) have been studied, and, how they affect to the efficiency and to the load impedance. The designed prototype has been fabricated in the laboratory and it has been used to measure the efficiency given by the different multi-sine signals. The main conclusion is that, depending on how the CCDF,PAPR and IPV are, the behavior of the efficiency versus the load changes, specifically as much higher they are, much higher ha to be the load to obtain the optimum efficiency. It has been seen that the average power used for powering the rectifier also affects to the efficiency and the load, making the efficiency higher as the power increases and decreasing the optimum load. The main motivation for this project has been the interest in Energy Harvesting and Wireless Power Transfer systems.

This document presents the development of a support operation planning for RPAs which tries to reduce the risk of collision with aerial obstacles and reduce the people damage. For an emerging and young company of RPAs as HEMAV, it is interesting to develop economic systems and profitable for the technical and professional growth in the market. For this reason, it is required a study that poses alternatives to the economic impact as small as possible. In this report, it has identified potential risks in flight during operations, their corresponding mitigations to the different causes of the collision between the two aircraft and finally, it has recommended the possible solutions to deploy for the fleet of drones of HEMAV. The contributions of different experts in the field of aviation from the balloon pilots to aircraft engineers have been an essential part of the project to determine alternatives to mitigate the causes of collisions between drones and other aircraft. Some of these solutions developed during the project are : -Operational mitigations (Consult and report NOTAMs using Ícaro software, Consult meteorology by using the AEMET service, Maximum flight level at 400 feet (120m)) -Instrumental Mitigation (Using Radio on the ground control station) -Visual Mitigation (Installing red and white strobe lights in RPA) Finally, several suggestions in the operation of HEMAV for further work would continue with the line of the objectives of this document. These are mainly to increase the safety of the fleet of drones, develop an operational methodology where the "Collision Avoidance" would be the good planning of the mission and provide economic solutions too. Este documento presenta el desarrollo de un soporte a la planificación de operaciones con RPAs reduciendo el riesgo a la colisión con obstáculos aéreos móviles y posibles daños a personas. Para una empresa emergente y joven de RPAs como HEMAV, es de gran interés desarrollar sistemas y soportes económicos y rentables para el continuo crecimiento técnico y profesional en el mercado. Por este motivo, se requiere un estudio que plantee diferentes alternativas para que el impacto económico sea el menor posible. En este trabajo se identifican los riesgos potenciales en vuelo durante las operaciones, sus correspondientes mitigaciones a las distintas causas de la colisión entre ambas aeronaves y finalmente, se recomiendan soluciones a implementar en la flota de drones de HEMAV. Las aportaciones de distintos expertos en el ámbito de la aviación desde pilotos de globos hasta ingenieros aeronáuticos han constituido una parte fundamental del proyecto en determinar las alternativas para mitigar las causas de las colisio nes entre drones y otras aeronaves. Algunas de estas soluciones desarrolladas durante el proyecto son las siguientes: Mitigaciones Operacionales Consulta y publicación de NOTAM mediante el uso de Ícaro o Consulta de la meteorología mediante el uso del servicio de AEMET o Altura máxima de vuelo a 400 pies (120m) Mitigación Instrumental Uso de la Radio Aeronáutica en la estación de control tierra Mitigación Visual Instalación de luces estroboscópicas rojas y blancas al RPA. Por último, se presentan varias propuestas en la operativa de HEMAV para un trabajo futuro que seguiría con la línea de los objetivos del presente documento. Estos objetivos son principalmente incrementar la seguridad operacional de la flota de drones, desarrollar una metodología operacional donde el “Collision Avoidance” recaiga en la buena planificación de la misión y aportar soluciones económicas.

In this paper we have analyzed and experimentally evaluated the performance of energy saving techniques, namely the implementation of a wake-up circuit radio within the architecture of a sensor node. To determine the advantages and main limitations in terms of scope, consumption and implementation complexity, the work was performed using simulators and prototype printed circuit boards.

Un aeropuerto, y en especial uno grande como el Aeropuerto de Barcelona - El Prat, es una infraestructura extremadamente com pleja que tiene que estar muy bien planificada para que pueda asumir su máximo potencial. La simulación permite encontrar sus virtudes y defectos de manera que se hagan evidentes en la planificación, o que se puedan realzar, o solucionar, una vez está oper ativa. La principal ventaja de este trabajo es que el aeropuerto está funcionando, así que la interacción entre simulación y realidad puede ser bidireccional: la simulación se usa para comprender la realidad, y gracias a la toma de datos en condiciones re ales la simulación puede ser dimensionada adecuadamente. Antes de construir el modelo propiamente dicho, el aeropuerto ha sido analizado minuciosamente, y lo que deberían ser los datos devueltos por la simulación se han medido antes en la vida real para q ue coincidieran. Esto hizo que el trabajo se dividiera en dos grandes partes: movimien tos de pasaje y movimientos de aeronav es. Son suficientemente diferentes como para poder separarlos en dos simulaciones distintas, pero están conectadas; algo que ocurra en la terminal de pasajeros puede afectar la escala del avión, y viceversa. Pero como la simulación de los movimientos de aeronaves está centrada en el rodaje y no en la escala, se hizo necesario separar ambas simulaciones para simplificarlas. Los datos o btenidos con las simulaciones se han contrastado con los medidos in situ , para dimensionar y calibrar las simulaciones. Luego, se ha diseñado una interfaz para que sea posible entrar datos (por ejemplo, los de un plan de vuelos de un día particularmente in tenso) y sacar resultados (por ejemplo, los puntos donde habrá más congestión) sin necesidad de tener conocimientos de programación.Así, este trabajo, o la manera de hacerlo, puede ser útil en la gestión (o el diseño) de infraestructuras. An airport, and especially a big airport such as Barcelona - El Prat Airport, is an utterly complex infrastructure that has to be perfectly understood and really well - planned so it can meet its full potential. Through simulation, its virtues and flaws can be traced so that they can become obvious in planning stages, and be enhanced (or solved) once it is operational. The main advantage of this case study is that the airport is already o perational, so there can be a two - way interaction between simulation and reality: simulation can be used to understand reality, and thanks to real - life data collecting the simulation can be more accurately dimensioned. Prior to building the model itself, the airport has been thoroughly analyzed, and what was supposed to be the output data was first collected in real life so that it would match the results of the simulation. This lead to dividing the work in two big areas: passenger movements and aircraft m ovements. Both are different enough to be separated in two simulations, yet they are connected so that something happening in the passenger terminal can affect aircraft turnaround, or vice versa. But as aircraft simulation was focused on taxiing in and out of the terminal and not on the turnaround itself, it became necessary to separate both simulations in order to simplify them. Data collected from the simulations has been paired with the one obtained from real - life measurements, so that they could be cal ibrated and dimensioned according to these conditions. Then, and interface has been designed to make it possible to enter data (i.e. of a peak - day schedule) and get results (i.e., the places where congestion will occur) with no programming skills at all. This work may thus be useful in the design or management of new or existing infrastructure

El proyecto que se presenta a continuación consiste en el uso de los materiales superconductores para el diseño de dispositivos limitadores, que permitan proteger parte de la circuitería existente en algunos sistemas de comunicación, como pueden ser los radar, potencialmente sujetos a señales “jamming”. En este sentido, actualmente se utiliza una línea pasante superconductora/limitadora, que actúa a modo de seguridad en caso de sobrecarga para proteger la circuitería. Al ser la línea pasante un dispositivo de banda ancha, cuando esta limita, provoca la eliminación de la recepción de señal en todo el ancho de banda durante un cierto tiempo. Teniendo en cuenta esto, el objetivo principal del proyecto consiste en diseñar un banco de filtros-limitadores superconductores, que actúen como preselectores, aprovechando las propiedades del material superconductor. Este sistema es capaz de bloquear señales de alta potencia (transmisores de radar próximos, descargas eléctricas…) en un pequeño rango de frecuencias, consiguiendo de este modo no cancelar toda la señal entrante, además de proteger la circuitería. A la práctica este dispositivo se comporta como un filtro de banda eliminada sintonizable en tiempos de nanosegundos. Para un análisis de dicha propuesta, se ha realizado un estudio de forma sistemática. Comenzando por el desarrollo teórico del procedimiento a seguir, la obtención de las ecuaciones de los circuitos mediante diferentes estructuras, y concluyendo con la comparación y análisis de los diferentes resultados obtenidos. Durante la realización del proyecto se han requerido diferentes herramientas, cuyo aprendizaje ha sido necesario: estudio del método Weeks, teorías de resonadores y filtros, diferentes programas (ADS y Matlab) y rutinas matemáticas desarrolladas (Weeks-Sheen). El resultado final del estudio es positivo, pues se ve muy factible su realización, siempre y cuando se efectúe una elección adecuada de los parámetros estructurales que conlleven a una utilización idónea del mismo. Es decir, que según la necesidad de uso, es requerido un tipo de estructura con unas características u otras.

El fin de algunos dispositivos electrónicos es ocupar el menor espacio posible, sin que la calidad de su función se devalúe apreciablemente, y para conseguirlo es necesario utilizar técnicas de miniaturización. Así, el objetivo principal del proyecto es analizar el efecto que tienen diferentes tipos de curvas en estructuras microstrip (líneas de transmisión constituidas por una franja conductora y un plano de tierra separados por un medio dieléctrico). El proceso se ha efectuado mediante líneas de transmisión resonantes que no tengan efectos de acoplamiento con otras líneas que puedan cambiar su distribución de corriente, es decir, que su camino siempre esté libre a ambos lados. Para un análisis conciso, se ha realizado de forma sistemática, comenzando por el estudio teórico del procedimiento a seguir y la comparación mediante diferentes estructuras simuladas, tanto circuitales como electromagnéticas. Para ello se han creado secciones rectas, para ser utilizadas como circuito de referencia y seguidamente secciones curvas en las que se evaluarán estas. Para finalizar el proyecto se han impreso y medido las estructuras antes mencionadas. Además, el proyecto ha requerido del aprendizaje de actividades de análisis e implementación numérica (MATLAB y MATRIX), de los que se han obtenido valores claves para la realización de los distintos circuitos, y del proceso de impresión y análisis físico (LPKF y R&S) de los modelos circuitales elegidos. A través del factor de calidad de cada línea, se han obtenido indirectamente los valores de las pérdidas. El resultado final del estudio es positivo, pues tras todas las mediciones se ha llegado a la conclusión de que por pérdidas del orden del 5% al 10%, se pueden reducir de una manera considerable los circuitos.