Contribución a los arrays de antenas activos en microondas = Contribution to active array antennas at microwave bands

Esta tesis que tiene por título "Contribución a los arrays de antenas activos en banda X", ha sido desarrollada por el estudiante de doctorado Gonzalo Expósito Domínguez, ingeniero de telecomunicación en el Grupo de Radiación del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid bajo la dirección de los doctores Manuel Sierra Castañer y José Manuel Fernández González. Esta tesis contiene un profundo estudio del arte en materia de antenas activas en el campo de apuntamiento electrónico. Este estudio comprende desde los fundamentos de este tipo de antenas, problemas de operación y limitaciones hasta los sistemas actuales más avanzados. En ella se identifican las partes críticas en el diseño y posteriormente se llevan a la práctica con el diseño, simulación y construcción de un subarray de una antena integrada en el fuselaje de un avión para comunicaciones multimedia por satélite que funciona en banda X. El prototipo consta de una red de distribución multihaz de banda ancha y una antena planar. El objetivo de esta tesis es el de aplicar nuevas técnicas al diseño de antenas de apuntamiento electrónico. Es por eso que las contribuciones originales son la aplicación de barreras electromagnéticas entre elementos radiantes para reducir los acoplamientos mutuos en arrays de exploración electrónica y el diseño de redes desfasadoras sencillas en las que no son necesarios complejos desfasadores para antenas multihaz. Hasta la fecha, las barreras electromagnéticas, Electronic Band Gap (EBG), se construyen en sustratos de permitividad alta con el fin de aumentar el espacio disponible entre elementos radiantes y reducir el tamaño de estas estructuras. Sin embargo, la utilización de sustratos de alta permitividad aumenta la propagación por ondas de superficie y con ellas el acoplo mutuo. Utilizando sustratos multicapa y colocando la vía de las estructuras en su borde, en vez de en su centro, se consigue reducir el tamaño sin necesidad de usar sustratos de alta permitividad, reducir la eficiencia de radiación de la antena o aumentar la propagación por ondas de superficie. La última parte de la tesis se dedica a las redes conmutadoras y desfasadoras para antenas multihaz. El diseño de las redes de distribución para antenas son una parte crítica ya que se comportan como un atenuador a la entrada de la cadena receptora, modificando en gran medida la figura de ruido del sistema. Las pérdidas de un desfasador digital varían con el desfase introducido, por ese motivo es necesario caracterizar y calibrar los dispositivos correctamente. Los trabajos presentados en este manuscrito constan de un desfasador reflectivo con un conmutador doble serie paralelo para igualar las pérdidas de inserción en los dos estados y también un conmutador de una entrada y dos salidas cuyos puertos están adaptados en todo momento independientemente del camino del conmutador para evitar las reflexiones y fugas entre redes o elementos radiantes. El tomo finaliza con un resumen de las publicaciones en revistas científicas y ponencias en congresos, nacionales e internacionales, el marco de trabajo en el que se ha desarrollado, las colaboraciones que se han realizado y las líneas de investigación futuras. ABSTRACT This thesis was carried out in the Radiation Group of the Signals, Systems and Radiocomunications department of ETSI de Telecomunicación from Technical University of Madrid. Its title is "Contribution to active array antennas at X band" and it is developed by Gonzalo Expósito Domínguez, Electrical Engineer MsC. under the supervision of Prof. Dr. Manuel Sierra Castañer and Dr. José Manuel Fernández González. This thesis is focused on active antennas, specifically multibeam and electronic steering antenas. In the first part of the thesis a thorough description of the state of the art is presented. This study compiles the fundamentals of this antennas, operation problems and limits, up to the breakthrough applications. The critical design problems are described to use them eventually in the design, simulation and prototyping of an airborne steering array antenna for satellite communication at X band. The main objective of this thesis is to apply new techniques to the design of electronically steering antennas. Therefore the new original contributions are the application of Electromagnetic Band Gap materials (EBG) between radiating elements to reduce the mutual coupling when phase shift between elements exist and phase shifting networks where special characteristics are required. So far, the EBG structures have been constructed with high permitivity substrates in order to increase the available space between radiating elements and reduce the size of the structures. However, the surface wave propagation modes are enhanced and therefore the mutual coupling increases when high permitivity substrates are used. By using multilayered substrates and edge location via, the size is reduced meanwhile low permitivity substrates are used without reducing the radiation efficiency or enhancing the surface propagation modes. The last part of the thesis is focused on the phase shifting distribution networks for multibeam antennas. This is a critical part in the antenna design because the insertion loss in the distribution network behaves as an attenuator located in the first place in a receiver chain. The insertion loss will affect directly to the receiver noise figure and the insertion loss in a phase shifter vary with the phase shift. Therefore the devices must be well characterized and calibrated in order to obtain a properly operation. The work developed in this thesis are a reflective phase shifter with a series-shunt switch in order to make symmetrical the insertion loss for the two states and a complex Single Pole Double Through (SPDT) with matched ports in order to reduce the reflections and leakage between feeding networks and radiating elements. The end of this Ph D. dissertation concludes with a summary of the publications in national and international conferences and scientific journals, the collaborations carried out along the thesis and the future research lines.

L.A.V Corredor Mediterráneo-Cantábrico. Tramo: Zaragoza-Sagunto. Subtramo: Villarreal de Huerva-Villahermosa del Campo (Zaragoza)

Este proyecto se enmarca dentro del capítulo ferroviario del programa de alta velocidad del Plan Estratégico de Infraestructuras de Transporte 2005-2020 (PEIT), aprobado por Acuerdo del Consejo de Ministros del 15 de Julio de 2005. El objetivo del presente Proyecto de Construcción es la ejecución de una Línea de Alta Velocidad (L.A.V.) ubicada en el Corredor Mediterráneo-Cantábrico, concretamente en la Comunidad Autónoma de Aragón, permitiendo el tráfico de pasajeros a una velocidad máxima de 350km/h y el tráfico de mercancías a una velocidad mínima de 80km/h. El Corredor constituye uno de los ejes transversales incluidos en el PEIT, que conecta mediante una línea de altas prestaciones y tráfico mixto el corredor Mediterráneo con el corredor Cantábrico a través de Teruel, el eje del Ebro, La Rioja, Navarra, el País Vasco y Cantabria. Se trata de una idea pensada y planteada desde principios de siglo XX, con el propósito de unir los puertos marítimos de Santander y Valencia por tren, y para dar una rápida salida marítima a las mercancías procedentes de las provincias interiores por las que se pretendió que circulase, constituyendo el proyecto conocido como Corredor Mediterráneo - Cantábrico. El proyecto consiste fundamentalmente en la realización de la infraestructura, la superestructura e instalaciones de seguridad y comunicaciones, aumentando la velocidad por medio de mejoras en el trazado, que deberán desarrollarse sobre el corredor actual.

Neutronic design for ESS-Bilbao neutron source

The European Spallation Source-Bilbao (ESS-Bilbao) project plans to build an accelerator facility compliant with the ESS-AB requirements which will be able to drive several experimental stations for research purposes involving intense proton beams with currents up to 75 mA, 50 MeV of final energy, 1.5 ms of pulse length and up to 50 Hz repetition rate. The accelerator will also drive a compact neutron source which will provide useful neutron beams to carry out experiments on moderator optimization, neutron optics devices and general neutron instrumentation as well as preparation work for experiments to be carried out by neutron beam users at the large facilities.

Dealing with traffic risk in Latin American toll roads

Análisis de los sistemas de mitigación del riesgo de tráfico en autopistas de peaje en diferentes países de Latinoamérica. This paper presents a cross-country analysis of traffic risk allocation in road concessions of Latin America. It shows that some countries such as Chile, Colombia, and Peru have been greatly concerned with mitigating traffic risk, either by putting into practice public guarantees, implementing flexible term concessions, or through availability payment concessions; whereas other countries such as Mexico and Brazil have assigned traffic risk to the private concessionaire by using fixed-term concession contracts without any traffic guarantees. Based on an analysis of data from 1990 to 2010, the paper finds that shifting traffic risk from the concessionaire to the government or users was not confined to the riskiest projects, as one might expect. The analysis also suggests that the implementation of traffic risk mitigation mechanisms in Latin American toll roads has not been very successful in reducing renegotiation rates or in increasing the number of bidders in the tenders

Variable structure control with chattering elimination and guaranteed stability for a generalized T-S model

In this paper, a fuzzy based Variable Structure Control (VSC) with guaranteed stability is presented. The main objective is to obtain an improved performance of highly non-linear unstable systems. The main contribution of this work is that, firstly, new functions for chattering reduction and error convergence without sacrificing invariant properties are proposed, which is considered the main drawback of the VSC control. Secondly, the global stability of the controlled system is guaranteed.The well known weighting parameters approach, is used in this paper to optimize local and global approximation and modeling capability of T-S fuzzy model.A one link robot is chosen as a nonlinear unstable system to evaluate the robustness, effectiveness and remarkable performance of optimization approach and the high accuracy obtained in approximating nonlinear systems in comparison with the original T-S model. Simulation results indicate the potential and generality of the algorithm. The application of the proposed FLC-VSC shows that both alleviation of chattering and robust performance are achieved with the proposed FLC-VSC controller. The effectiveness of the proposed controller is proven in front of disturbances and noise effects.

Design of a twin capacitive load and its application to the outdoor rating of photovoltaic modules

This paper describes the design of an original twin capacitive load that is able of tracing simultaneously the I?V characteristics of two photovoltaic modules. Besides, an example of the application of this dual system to the outdoor rating of photovoltaic modules is presented, whose results have shown a good degree of repeatability.

Collaborative Engineering: an Airbus case study

This document introduces the main concepts of Collaborative Engineering as a new methodology, procedures and tools to design and develop an aircraft, as Airbus Military is implementing. Airbus designs and industrializes aircrafts under Concurrent Engineering techniques since decades with success. The introduction of new PLM methodologies, procedures and tools, mainly in the industrialization areas, and the need to reduce time-to-market conducted Airbus Military to push the engineering teams to do things in a different way. Traditional Engineering works sequentially, Concurrent Engineering basically overlaps tasks between teams using maturity states and taking assuming risks. Collaborative Engineering promotes a single team to develop product, processes and resources from the conceptual phase to the start of the serial production. The deliverable of the team is an iDMU (industrial DMU), a complete definition and verification of the virtual manufacturing of the product.

Analysis of road safety incentives in highway concessions in Spain

Public Private Partnerships (PPPs) are mostly implemented for three reasons: to circumvent budgetary constraints, encourage efficiency and improvement of quality in the provision of public infrastructure. One of the ways of reaching the latter objective is by the introduction of performance-based standards tied to bonuses and penalties to reward or punish the performance of the contractor. These performance based standards often refer to different aspects such as technical, environmental and safety issues. This paper focuses on the implementation of safety based incentives in PPPs. The main aim of this paper is to analyze whether the incentives to improve road safety in PPPs are effective in improving safety ratios in Spain. To this end, negative binomial regression models have been applied using information from the Spanish high capacity network in 2006. The findings indicate that even though road safety is highly influenced by variables that are not much controllable by the contractor such as the Average Annual Daily Traffic and the percentage of heavy vehicles in the highway, the implementation of safety incentives in PPPs has a positive influence in the reduction of fatalities, injuries and accidents.

Analysis of gain-switching in two-section tapered lasers

We analyze the gain-switching dynamics of two-section tapered lasers by means of a simplified three-rate-equation model. The goal is to improve the understanding of the underlying physics and to optimize the device geometry to achieve high power short duration optical pulses.

Detecting changes in the basin of attraction of a dynamical system: Application to the postural restoring system

A method that provides athree-dimensional representation ofthe basin ofattraction of a dynamical system from experimen tal data was applied tothe problem ofdynamic balance restoration. The method isbased onthe density ofthe data onthe phase space ofthe system under study and makes use ofmodeling and numerical curve fittingtools.For the dynamical system ofbalance restora tion,the shape and the size of the basin of attraction depend on the dynamics of the postural restoring mechanisms and contain important information regarding the biomechanical,as well as the neuromuscular condition of the individual. The aim ofthis work was toexamine the ability ofthe method todetect, through the observed changes inthe shape and/or the size ofthe calculated basins of attraction, (a)the inherent differences between different systems (in the current application, postural restoring systems of different individuals)and (b)induced chan ges in the same system (thepostural restoring system of an individual).The results ofthe study confirm the validity of the method and furthermore justify its robustness.

New tool to assess the force production in the swallow

8 men artistic gymnasts were evaluated with a new test protocol in order to assess isometric strength in an specific hold position on still rings. The proposed test protocol measures the force applied the gymnast on the rings from an initial lying prone position on a force platform while he is trying to achieve the Swallow (or Hirondelle) position. The vertical force (FZ) from the forcetime curve registered (100 Hz) was used and it showed a descent from the initial body weight level caused by the gymnast force on the rings and, later, a maximal isometric force period. Fundamental and derivate variables to extract from the evolution of Fz were defined. Results showed significant statistical differences between gymnasts that could perform the Swallow (P) from those that could not (NP) (pmenor que0.05). Performer gymnasts were characterized by a higher percentage of body weight descent and higher strength in relation to body mass (pmenor que0.05). The practical application of this tool could be to provide coaches with information about how close the gymnast is to perform the Swallow.

Postproducción. Metodología UD 23 Proyectos Federico Soriano

Se presenta aquí la experiencia docente llevada a cabo en la Unidad de Proyectos 23 dirigida por el profesor Federico Soriano en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid. Esta metodología, que viene siendo implementada y desarrollada desde el curso 2007-2008, opera desde la postproducción, es decir, la manipulación de un material preexistente, para actuar sobre él y terminar con- cretándolo en representación arquitectónica. El trabajo se realiza en equipos de tres personas, desconocidas entre sí, una por cada universidad implicada en el progreso de cada cuatrimestre. La entrega final consiste en un documento gráfico, una planta, en for- mato doble DIN-A0, una escala que permite una definición constructiva y material intensa, y una maqueta, tamaño DIN-A1, para aportar condiciones espaciales y experimentales que el soporte papel limita. La metodología del curso procura que el estudiante se enfrente ya en este punto de su formación a una situación similar a la que encontrará tras su paso por la universidad: el trabajo con materiales ajenos y cola- boradores extraños. Se sostiene que la producción y el pensamiento se dan a través de las herramientas gráficas utilizadas, establecidas por los utensilios que estén a la disposición del estudiante. Se considera que hoy en día las herramientas gráficas, tanto de referencia visual como de dibujo se encuentran en el mismo plano técnico. Por lo tanto el resultado del trabajo realizado no serán meros dibujos, sino instrumentos técnicos que permitan controlar, manipular y describir el espacio arquitectónico con todos sus datos técnic- os, materiales o programáticos.

Propagation losses by tunnelling in barrier optical waveguides

An analytical model is proposed in order to estimate the optical propagation losses due to tunnelling in barrier waveguides. The results are validated by means of a beam propagation method (BPM) simulations for different waveguides conditions.

Estimación del error en la medida del factor de ensanchamiento de línea en láseres de semiconductor

En el presente trabajo se propone un método para la medida y la estimación del error de la misma en la caracterización del factor de ensanchamiento de línea (parámetro α) de los láseres de semiconductor. La técnica propuesta se basa en el cálculo del parámetro α a partir de la medida de la intensidad y de la frecuencia instantánea de los pulsos generados por un laser de semiconductor conmutado en ganancia. El error de medida se estima mediante la comparación entre el espectro medido y el reconstruido utilizando los perfiles temporales de amplitud y fase de los pulsos generados. El método se ha aplicado a un laser DFB, obteniendo un error de medida menor del 5 %.

Diseño y ensayos en tierra de paneles solares y baterías para un satélite de órbita baja = Design and testing procedures of a Low Earth Orbit (LEO) satellite power subsystem (solar panels and battery)

Las principal conclusión que se puede obtener tras el estudio es que el satélite, tal y como se ha tenido en cuenta, es perfectamente funcional desde el punto de vista eléctrico. Por la parte de la generación de potencia, los paneles son capaces de ofreces una cantidad tal como para que aproximadamente la mitad (en el caso de funcionamiento normal) de esta potencia sea destinada a la carga útil. Además, incluso en los modos de fallo definidos, el valor de potencia dedicada a la carga útil, es suficientemente alta como para que merezca la pena mantener el satélite operativo. Respecto de las baterías, se puede observar por su comportamiento que están, sobredimensionadas y por ello actúan como un elemento regulador del sistema completo, ya que tiene un amplio margen de trabajo por el cual se puede modificar el funcionamiento general. Y esto se demuestra no sólo en cuanto al estado de carga, que para el perfil de consumo constante y el de cuatro pulsos de 120 W por día se mantiene siempre por encima del 99%, si no también en términos de charging rate, el cual se está siempre dentro de los límites establecidos por el fabricante, asegurando una vida operativa acorde con la nominal. Por último, sobre el propio método de simulación se puede extraer que aun no siendo la mejor plataforma donde estudiar estos comportamientos. Presenta el inconveniente de que, en ciertas partes, restringe la flexibilidad a la hora de cambiar múltiples condiciones al mismo tiempo, pero a cambio permite un estudio bastante amplio con un requisito de conocimientos y de complejidad bajo, de manera que habilita a cualquier estudiante a llevar a cabo estudios similares.