Research development of terahertz imaging systems

The electromagnetic radiation at a terahertz frequencies (from 0.1 THz to 10 THz) is situated in the frequency band comprised between the optical band and the radio band. The interest of the scientific community in this frequency band has grown up due to its large capabilities to develop innovative imaging systems. The terahertz waves are able to generate extremely short pulses that achieve good spatial resolution, good penetration capabilities and allow to identify microscopic structures using spectral analysis. The work carried out during the period of the grant has been based on the developement of system working at the aforementioned frequency band. The main system is based on a total power radiometer working at 0.1 THz to perform security imaging. Moreover, the development of this system has been useful to gain knowledge in the behavior of the component systems at this frequency band. Moreover, a vectorial network analyzer has been used to characterize materials and perform active raster imaging. A materials measurement system has been designed and used to measure material properties as permittivity, losses and water concentration. Finally, the design of a terahertz time-domain spectrometer (THz-TDS) system has been started. This system will allow to perform tomographic measurement with very high penetration resolutions while allowing the spectral characterization of the sample material. The application range of this kind of system is very wide: from the identification of cancerous tissues of a skin to the characterization of the thickness of a painted surface of a car.

Caracterización de materiales en banda W

Para medir los coeficientes de transmisión y reflexión, S21 y S11, de diferentes materiales o muestras planas, se usa un sistema de toma de medidas en espacio libre operando banda W (75 – 110 GHz). Usando estos parámetros, S21 y S11, podemos calcular la permitividad dieléctrica relativa compleja (Er ) y la permeabilidad magnética relativa compleja (μr) mediante un proceso llamado NRW (Nicolson-Ross-Weir). El sistema para medir consiste en dos antenas de bocina, una transmisora y otra receptora, dos espejos con los que obtenemos una onda plana para medir las propiedades del material y un ordenador o dispositivo que calcula los resultados. Este dispositivo requiere de calibración para la obtención de resultados óptimos. Dicho sistema se puede simular de manera ideal con un software llamado ADS (Assistance Design System) para el estudio y comparación de grosores, permitividades dieléctricas relativas y permeabilidades magnéticas relativas de los materiales en función de la frecuencia.

Estudio de parámetros circuitales de resonadores

El objetivo de este proyecto consiste en el estudio de los parámetros circuitales (condensadores, bobinas…) de un resonador, realizado con estructuras microstrip, donde permita obtener unos resultados de esos parámetros circuitales cambiando los valores físicos del diseño, tales como la longitud y la anchura del resonador a partir de las medidas de los parámetros S. Para llevar a cabo dicho trabajo, se desarrolla en primer lugar toda la teoría necesaria de resonadores. Empezando por el funcionamiento y la estructura del resonador diseñado, y mostrando especial interés en el modelado de dicho resonador. Seguidamente, se estudia y analiza su comportamiento a través de las simulaciones de los parámetros S. Una vez se ha estudiado y analizado su comportamiento, se procede con las modificaciones de los parámetros físicos y se analiza a través de las simulaciones de los parámetros S cómo afectan estas modificaciones en los parámetros circuitales. Donde se utilizan una serie de herramientas que agilizan la extracción de los valores de los parámetros circuitales del resonador.

Holografia de microones en banda X

Aquest projecte es basa, en el disseny i construcció d’una aplicació directa de l’holografia de microones. Està compost per el disseny d’un sistema el qual és capaç de mesurar la potència que arriba a un sistema d’antenes receptores al travessar un obstacle i posteriorment, mitjançant una sèrie de passos que caracteritzen l’holografia, el que permet és, recuperar una imatge virtual de l’obstacle en qüestió el qual s’ha volgut holografiar. Aquest sistema s’ha elaborat mitjançant un motor rotatori i posteriorment lineal per fer l’escaneig de potència. Primerament el que s’ha dut a terme és una simulació de com el sistema es comportaria en un entorn ideal i posteriorment, s’ha dut a la realitat amb un sistema el qual ens ha permès fer una comparació amb els resultats obtinguts en la simulació. Finalment es mostren els resultats sobre la seva viabilitat.

Estudio y diseño de filtros pasobanda y en banda dual basados en resonadores microstrip open-loop acoplados

El proyecto está dedicado al estudio y diseño de filtros paso-banda y en banda dual con tecnología microstrip mediante estructuras resonantes de tipo open-loop. Se ha llevado a cabo el diseño de un filtro paso-banda con respuesta Chebyshev, un filtro pasobanda con ceros de transmisión y un filtro de banda dual para WCDMA y WiFi, empleado el método de diseño para filtros basados en resonadores inter-acoplados. Se presentan los modelos eléctricos de los filtros de RF simulados junto con sus respectivos layouts y se comparan las respuestas obtenidas de los dispositivos con las respuestas ideales. En el proyecto se realiza un estudio del comportamiento de los diferentes tipos de acoplamiento entre resonadores open-loop en función de la geometría de la estructura. Las tendencias de comportamiento de los acoplamientos permiten el diseño y colocación de los resonadores para satisfacer las especificaciones del filtro.

Caracterització estadística dels pics de correlació a GPS

Aquest projecte es centra a donar una caracterització estadística del valor que tenen els pics de correlació sota diferents escenaris d’adquisició a un receptor GPS. En primer lloc, s’ha volgut donar una visió general de tots els fonaments del sistema GPS per tal de poder entendre el seu funcionament. A continuació, s’ha passat a analitzar el bloc d’adquisició d’un receptor GPS. Primer, hem estudiat quines operacions es realitzen en aquest bloc i quines són les diferents formes d’implementar-lo. Seguidament, sota un escenari d’adquisició per cerca de fase de codi en paral·lel i utilitzant integracions coherents, s’han estudiat les distribucions estadístiques de les pdf’s obtingudes pels pics de correlació de senyal+soroll i pels pics de correlació de només soroll, i s’ha vist com aquestes fan modificar la corba ROC del receptor . Les simulacions s’han realitzat amb MATLAB i en diferents escenaris d’adquisició per tal de poder comparar com varien les estadístiques obtingudes en casos diferents.

GNSS signal detection based on first-order absolute statistics

Aquest projecte es centra principalment en el detector no coherent d’un GPS. Per tal de caracteritzar el procés de detecció d’un receptor, es necessita conèixer l’estadística implicada. Pel cas dels detectors no coherents convencionals, l’estadística de segon ordre intervé plenament. Les prestacions que ens dóna l’estadística de segon ordre, plasmada en la ROC, són prou bons tot i que en diferents situacions poden no ser els millors. Aquest projecte intenta reproduir el procés de detecció mitjançant l’estadística de primer ordre com a alternativa a la ja coneguda i implementada estadística de segon ordre. Per tal d’aconseguir-ho, s’usen expressions basades en el Teorema Central del Límit i de les sèries Edgeworth com a bones aproximacions. Finalment, tant l’estadística convencional com l’estadística proposada són comparades, en termes de la ROC, per tal de determinar quin detector no coherent ofereix millor prestacions en cada situació.

Controladores PI con acción de reset

El control automàtic exerceix un paper important en molts processos de la industria. Cada un dels sistemes de control requereix d’un controlador, la majoria dels quals són del tipus PI. L’objectiu d’aquest projecte es investigar tècniques que permetin superar les limitacions que tenen els controladors PI lineals. En la resposta d’un sistema de control es poden distingir dues tasques diferents: El seguiment a un canvi d’entrada o consigna correspon a la tasca de servo, mentre que el rebuig a pertorbacions correspon a la tasca de regulatori. Al típic esquema de control realimentat, aquestes dues tasques estan enfrontades, és a dir, una millora a la tasca de servo implica un empitjorament a la tasca de regulatori i a l’inversa. Això suposa un problema al rendiment del sistema, així com la necessitat d’establir un cert compromís entre les dues tasques. El que es pretén en aquest projecte es implementar senzilles regles de control no lineal amb la finalitat de millorar el rendiment del sistema i evitar la necessitat d’establir un compromís entre les dues tasques. Així, es pretén superar les limitacions que aquest té, obtenint controladors PI alternatius fàcilment sintetitzables.

Dipolo impreso para aplicaciones Wi-fi y caracterización de la ganancia por medio de la celda TEM

Este trabajo recoge el estudio, diseño, fabricación y análisis de dos dipolos de media onda para aplicaciones Wi-fi, con objeto de caracterizar sus respectivas ganancias mediante el uso de dos sistemas de medida distintos, el primero basado en el análisis del balance de enlace entre antenas mediante un analizador de redes y el segundo mediante una celda TEM. Para obtener un correcto funcionamiento de los dipolos, resulta de vital importancia conseguir un buen ajuste de las dimensiones de los mismos durante el desarrollo práctico del proyecto, consiguiendo una máxima transferencia de potencia y un ancho de banda suficientemente amplio para asegurar que las antenas presenten una buena adaptación en la banda de los 2.4 GHz – 2.5 GHz.

Stochastic optimal bid to electricity markets with environmental risk constraints

There are many factors that influence the day-ahead market bidding strategies of a generation company (GenCo) in the current energy market framework. Environmental policy issues have become more and more important for fossil-fuelled power plants and they have to be considered in their management, giving rise to emission limitations. This work allows to investigate the influence of both the allowances and emission reduction plan, and the incorporation of the derivatives medium-term commitments in the optimal generation bidding strategy to the day-ahead electricity market. Two different technologies have been considered: the coal thermal units, high-emission technology, and the combined cycle gas turbine units, low-emission technology. The Iberian Electricity Market and the Spanish National Emissions and Allocation Plans are the framework to deal with the environmental issues in the day-ahead market bidding strategies. To address emission limitations, some of the standard risk management methodologies developed for financial markets, such as Value-at-Risk (VaR) and Conditional Value-at-Risk (CVaR), have been extended. This study offers to electricity generation utilities a mathematical model to determinate the individual optimal generation bid to the wholesale electricity market, for each one of their generation units that maximizes the long-run profits of the utility abiding by the Iberian Electricity Market rules, the environmental restrictions set by the EU Emission Trading Scheme, as well as the restrictions set by the Spanish National Emissions Reduction Plan. The economic implications for a GenCo of including the environmental restrictions of these National Plans are analyzed and the most remarkable results will be presented.

Mapeo con robot móvil: caracterización y modelado

El projecte tracta de la fabricació d’un robot mòbil que sigui capaç de realitzar el mapeig del seu entorn, evitant els obstacles que es pugui trobar al transcurs del seu recorregut. Per tal d’obtenir els resultats desitjats, s’ha realitzat la caracterització dels seus components emprant algorismes probabilístics ,amb els que s’ha pogut determinar la seva eficiència. Finalment s’han realitzat els algorismes corresponents per graficar el mapeig del recorregut del robot i del seu entorn, aconseguint el objectiu plantejat.

Mapeo con robot móvil: construcción y seguimiento

El projecte tracta de la fabricació d’un robot mòbil que sigui capaç de realitzar el mapeig d’una superfície, evitant els obstacles que es pugui trobar en el transcurs del seu recorregut. És un projecte complex, per aquest motiu la part de procés de dades s'ha fet en un projecte posterior. Aquesta memòria tracta del muntatge i calibració dels components, a més de la realització dels algorismes de control dels mateixos, per tal de realitzar el mapeig de la superfície, aconseguint així l’objectiu plantejat.