Metodología de diseño de filtros CRF/SCF basada en modelos de resonadores BAW acoplados acústicamente

La creixent utilització de sistemes de comunicacions mòbils ha impulsat la demanda de filtres passabanda miniaturitzats d'elevades prestacions operant en el rang de freqüències de microones. Els Film Bulk Acoustic Resonators (FBAR) estan esdevenint la principal alternativa als filtres basats en ressonadors Surface Acoustic Wave (SAW) o als basats en ressonadors ceràmics. Els Stacked Crystal Filters (SCF) i els Coupled Resonator Filters (CRF) són configuracions FBAR que permeten assolir una excel·lent atenuació en la banda de refús. Aquest treball presenta un innovador circuit equivalent elèctric que modela el CRF. Llavors, es desenvolupa una metodologia de síntesi de filtres per al SCF i per al CRF utilitzant els seus circuits equivalents elèctrics. La metodologia de disseny presentada permet obtenir les dimensions de l'estructura del filtre acústic partint de les especificacions del filtre i de les restriccions pròpies de la tecnologia. S'han implementat diferents respostes de Chebyshev per a sistemes de comunicacions reals per tal de validar el procediment de disseny dels filtres obtenint els resultats esperats.

Análisis y diseño de filtros apilados basados en resonadores acústicos

Durant els últims anys la demanda de filtres pas banda de ràdio freqüència, de reduïdes dimensions, lleugers i d'elevades prestacions destinats a sistemes de comunicacions inalàmbriques s'ha incrementat de forma significativa. Aquests sistemes principalment són els sistemes de telefonia mòbil de tercera generació UMTS y el sistema de navegació GPS. Els filtres actuals, basats en ressonadors SAW (Surface Acoustic Wave), tenen unes dimensions reduïdes però estan limitats en freqüència (3 GHz) i la seva tecnologia no és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. Per aquestes raons s'espera que els filtres basats en ressonadors BAW (Bulk Acoustic Wave) substitueixin als SAW. Els dos tenen dimensions similars, però els filtres BAW poden funcionar a freqüències superiors a 3 GHz, poden treballar amb nivells de potència majors, i és important destacar el fet que la seva tecnologia és compatible amb les tecnologies estàndards de circuits integrats. La investigació en l'àmbit dels filtres BAW s'ha centrat en millorar els processos tecnològics i la qualitat dels materials, però s'ha treballat poc en l'adaptació de les tècniques sistemàtiques de disseny de filtres a les particularitats d'aquesta tecnologia, per tant el principal objectiu d'aquest treball és presentar mètodes sistemàtics per al disseny de filtres BAW, centrant-se en l'estudi d’estructures apilades.

Diseño de filtros de onda acústica basados en estructuras "half lattice"

En los últimos tiempos la telefonía móvil ha experimentado una reducción de los terminales gracias a la miniaturización de los filtros a frecuencias de microondas. Los filtros pasa banda más utilizados son los basados en la tecnología SAW, sin embargo son incompatibles con tecnologías de silicio y su comportamiento se degrada a frecuencias superiores de 3 GHz, por ello los estudios actuales se centran en la tecnología BAW. Las dos arquitecturas convencionales de filtros basados en resonadores BAW unidos eléctricamente son el ladder y lattice. Sin embargo, en este proyecto se estudiará la topología half lattice, la cual presenta un mejor comportamiento y unas dimensiones más reducidas. Para ello se obtendrán las ecuaciones de diseño del filtro, y con ellas se realizará la implementación a partir de la frecuencia central y el ancho de banda relativo.

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.

Desarrollo de tecnología Bulk Acoustic Wave

El creciente uso de dispositivos móviles y el gran avance en la mejora de las aplicaciones y sistemas inalámbricos ha impulsado la demanda de filtros paso banda miniaturizados, que trabajen a altas frecuencias y tengan unas prestaciones elevadas. Los filtros basados en resonadores Bulk Acoustic Wave (BAW) están siendo la mejor alternativa a los filtros Surface Acoustic Wave (SAW), ya que funcionan a frecuencias superiores, pueden trabajar a mayores niveles de potencia y son compatibles con la tecnología CMOS. El filtro en escalera, que utiliza resonadores BAW, es de momento la mejor opción, debido a su facilidad de diseño y su bajo coste de fabricación. Aunque el filtro con resonadores acoplados (CRF) presenta mejores prestaciones como mayor ancho de banda, menor tamaño y conversión de modos. El problema de este tipo de filtros reside en su complejidad de diseño y su elevado coste. Este trabajo lleva a cabo el diseño de un CRF a partir de unas especificaciones bastante estrictas, demostrando sus altas prestaciones a pesar de su mayor inconveniente: el coste de fabricación.

Species resolved analysis of the expansion of hydroxyapatite laser ablation plumes

The plume generated by ablation of hydroxyapatite targets under ArF excimer laser irradiation has been investigated by means of fast intensified CCD-imaging and optical emission spectroscopy. Results have shown that the plume splits into two plasma clouds as it expands. Time and spatial resolved spectra have revealed that under the experiment conditions emission is mostly due to calcium neutral atoms and calcium oxide molecular radicals. Imaging of the plume with the aid of bandpass filters has demonstrated that the emissive species in the larger and faster plasma cloud are calcium neutral atoms, whereas in the smaller and slower one they are calcium oxide molecular radicals

Evidence of chemical reactions in the hydroxyapatite laser ablation plume with a water atmosphere

The expansion dynamics of the ablation plume generated by KrF laser irradiation of hydroxyapatite targets in a 0.1 mbar water atmosphere has been studied by fast intensified charge coupled device imaging with the aid of optical bandpass filters. The aim of the filters is to isolate the emission of a single species, which allows separate analysis of its expansion. Images obtained without a filter revealed two emissive components in the plume, which expand at different velocities for delay times of up to 1.1 ¿s. The dynamics of the first component is similar to that of a spherical shock wave, whereas the second component, smaller than the first, expands at constant velocity. Images obtained through a 520 nm filter show that the luminous intensity distribution and evolution of emissive atomic calcium is almost identical to those of the first component of the total emission and that there is no contribution from this species to the emission from the second component of the plume. The analysis through a 780 nm filter reveals that atomic oxygen partially diffuses into the water atmosphere and that there is a contribution from this species to the emission from the second component. The last species studied here, calcium oxide, was analyzed by means of a 600 nm filter. The images revealed an intensity pattern more complex than those from the atomic species. Calcium oxide also contributes to the emission from the second component. Finally, all the experiments were repeated in a Ne atmosphere. Comparison of the images revealed chemical reactions between the first component of the plume and the water atmosphere.

Effluent particle removal by microirrigation system filters

The aim of this work was to determine whether the filters used in microirrigation systems can remove potentially emitter-clogging particles. The particle size and volume distributions of different effluents and their filtrates were established, and the efficiency of the removal of these particles and total suspended solids by screen, disc and sand filters determined. In most of the effluents and filtrates, the number of particles with a diameter > 20 μm was minimal. By analysing the particle volume distribution it was found that particles larger than the disc and screen filter pores appeared in the filtrates. However, the sand filter was able to retain particles larger than the pore size. The filtration efficiency depended more on the type of effluent than on the filter. It was also found that the particle size distribution followed a potential law. Analysis of the β exponents showed that the filters did not significantly modify the particle size distribution of the effluents

Microinductive signal conditioning with resonant differential filters: high-sensitivity biodetection applications

Inductive-based devices integrated with Si technology for biodetection applications are characterized, using simple resonant differential filter configurations. This has allowed the corroboration of the viability of the proposed circuits, which are characterized by their very high simplicity, for microinductive signal conditioning in high-sensitivity sensor devices. The simulation of these simple circuits predicts sensitivities of the differential output voltage which can achieve values in the range of 0.1-1 V/nH, depending on the coil parameters. These very high-sensitivity values open the possibility for the experimental detection of extremely small inductance changes in the devices. For real microinductive devices, both series resistance and parasitic capacitive components contribute to the decrease of the differential circuit sensitivity. Nevertheless, measurements performed using micro-coils fabricated with relatively high series resistance and coupling parasitic effects have allowed detection of changes in the range of 2 nH. which are compatible with biodetection applications with estimated detection limits below the picomolarity range.

Design of electron band pass filters for electrically biased finite superlattices

We design optimal band pass filters for electrons in semiconductor heterostructures, under a uniform applied electric field. The inner cells are chosen to provide a desired transmission window. The outer cells are then designed to transform purely incoming or outgoing waves into Bloch states of the inner cells. The transfer matrix is interpreted as a conformal mapping in the complex plane, which allows us to write constraints on the outer cell parameters, from which physically useful values can be obtained.

Phase-only filters codified with Burckhardt's method

We show that Burckhardt's method is available to codify phase-only filters with amplitude-only variations. Correlation experimental results are given.

Effluent particle removal by microirrigation system filters

La distribución del número y del volumen de partículas, y la eficiencia de eliminación de las partículas y los sólidos en suspensión de diferentes efluentes y sus filtrados, fueron analizadas para estudiar si los filtros más usuales en los sistemas de riego localizado eliminan las partículas que pueden obturar los goteros. En la mayoría de los efluentes y filtrados fue mínimo el número de partículas con diámetros superiores a 20 μm. Sin embargo, al analizar la distribución del volumen de las partículas, en los filtrados aparecieron partículas de dimensiones superiores a la luz de los filtros de anillas y malla, siendo el filtro de arena el que retuvo las partículas de mayor diámetro. La eficiencia de los filtros para retener partículas se debió más al tipo de efluente que al filtro. Se verificó también que la distribución del número de partículas sigue una relación de tipo potencial. Analizando el exponente β de la ley potencial, se halló que los filtros no modificaron significativamente la distribución del número de partículas de los efluentes.

Identifying the preferred subset of enzymatic profiles in nonlinear kinetic metabolic models via multiobjective global optimization and pareto filters

Optimization models in metabolic engineering and systems biology focus typically on optimizing a unique criterion, usually the synthesis rate of a metabolite of interest or the rate of growth. Connectivity and non-linear regulatory effects, however, make it necessary to consider multiple objectives in order to identify useful strategies that balance out different metabolic issues. This is a fundamental aspect, as optimization of maximum yield in a given condition may involve unrealistic values in other key processes. Due to the difficulties associated with detailed non-linear models, analysis using stoichiometric descriptions and linear optimization methods have become rather popular in systems biology. However, despite being useful, these approaches fail in capturing the intrinsic nonlinear nature of the underlying metabolic systems and the regulatory signals involved. Targeting more complex biological systems requires the application of global optimization methods to non-linear representations. In this work we address the multi-objective global optimization of metabolic networks that are described by a special class of models based on the power-law formalism: the generalized mass action (GMA) representation. Our goal is to develop global optimization methods capable of efficiently dealing with several biological criteria simultaneously. In order to overcome the numerical difficulties of dealing with multiple criteria in the optimization, we propose a heuristic approach based on the epsilon constraint method that reduces the computational burden of generating a set of Pareto optimal alternatives, each achieving a unique combination of objectives values. To facilitate the post-optimal analysis of these solutions and narrow down their number prior to being tested in the laboratory, we explore the use of Pareto filters that identify the preferred subset of enzymatic profiles. We demonstrate the usefulness of our approach by means of a case study that optimizes the ethanol production in the fermentation of Saccharomyces cerevisiae.

Disseny de filtres passa banda en l'ordre dels GHz mitjançant acobladors ressonants

L’objectiu d’aquest projecte es basa en l’obtenció de filtres passa banda mitjançant acobladors ressonants en l’ordre dels GHz, amb un ampla de banda fraccional del 30%. En un primer disseny es presentarà l’estudi del coeficient d’acoblament entre partícules ressonants i tot seguit s’introduirà una capacitat interdigital per a augmentar l’acoblament. Mitjançant el nou disseny es demostrarà que es pot arribar a resultats òptims tant en simulacions com a l’hora de fabricar el dispositiu.

Estudio de las diferentes alternativas para mejorar la respuesta de los filtros BAW (Bulk Acoustic Wave) con topología en escalera

Los requisitos de los dispositivos empleados en los nuevos sistemas de telecomunicaciones son: unas avanzadas prestaciones, reducido tamaño y bajo coste. Actualmente, se utilizan filtros basados en la tecnología SAW para trabajar a frecuencias de microondas. Dado los inconvenientes que presentan dicho tipo de filtros, se pretende substituirlos por filtros basados en tecnología BAW. La topología en escalera es hasta el momento la más extendida para diseñar estos filtros.