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.

Disseny d'un sistema de filtrat d'àudio

Tant el medi transmissor com els equips d'enregistrament o reproducció de so introdueixen components de soroll d'alta freqüència als senyals. En aquest treball de final de carrera (TFC), s'ha dissenyat i implementat un sistema de filtrat d'àudio encaminat a filtrar aquestes components d'alta freqüència. Donat que l'oïda humana no pot percebre sons de més de 20 kHz, s'ha considerat aquest límit com a freqüència màxima a mantenir en la senyal.S'ha començat estudiant el senyal problema a través del seu espectre de freqüències simulat mitjançant la transformada discreta de Fourier (DFT, en anglès). Una vegada identificades les components d'alta freqüència a atenuar, s'han estudiat les diferents opcions de filtre passabaix.Inicialment, s'ha valorat la possibilitat del disseny de filtres analògics de Butterworth o Chebyshev, o de filtres digitals de tipus IIR (Infinite Impulse Response) basats en els primers. Tanmateix, malgrat assolir les especificacions en magnitud, mitjançant aquest filtres no s'obté una fase lineal en la banda de pas. Per això, s'ha realitzat un disseny de filtre digital tipus FIR (Finite Infinite Response) que compleix estrictament amb les especificacions i presenta una fase lineal en la banda de pas. S'ha simulat el comportament d'aquest filtre amb el senyal problema per tal d'assegurar el seu correcte funcionament.A continuació, s'ha implementat aquest últim disseny en llenguatge C i compilat per un microcontrolador de l'empresa Microchip. S'han realitzat proves de simulació mitjançant Stimulus del programa MPLAB. En definitiva, s'ha dissenyat un filtre passabaix de tipus FIR per acondicionar una senyal d'àudio que posteriorment s'ha implementat en un microcontrolador de Microchip.

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.

Stoneley wave modeling in heterogeneous porous media with viscous pore fluids

We implemented Biot-type porous wave equations in a pseudo-spectral numerical modeling algorithm for the simulation of Stoneley waves in porous media. Fourier and Chebyshev methods are used to compute the spatial derivatives along the horizontal and vertical directions, respectively. To prevent from overly short time steps due to the small grid spacing at the top and bottom of the model as a consequence of the Chebyshev operator, the mesh is stretched in the vertical direction. As a large benefit, the Chebyshev operator allows for an explicit treatment of interfaces. Boundary conditions can be implemented with a characteristics approach. The characteristic variables are evaluated at zero viscosity. We use this approach to model seismic wave propagation at the interface between a fluid and a porous medium. Each medium is represented by a different mesh and the two meshes are connected through the above described characteristics domain-decomposition method. We show an experiment for sealed pore boundary conditions, where we first compare the numerical solution to an analytical solution. We then show the influence of heterogeneity and viscosity of the pore fluid on the propagation of the Stoneley wave and surface waves in general.

A pseudo-spectral method for the simulation of poro-elastic seismic wave propagation in 2D polar coordinates using domain decomposition

We present a novel numerical approach for the comprehensive, flexible, and accurate simulation of poro-elastic wave propagation in 2D polar coordinates. An important application of this method and its extensions will be the modeling of complex seismic wave phenomena in fluid-filled boreholes, which represents a major, and as of yet largely unresolved, computational problem in exploration geophysics. In view of this, we consider a numerical mesh, which can be arbitrarily heterogeneous, consisting of two or more concentric rings representing the fluid in the center and the surrounding porous medium. The spatial discretization is based on a Chebyshev expansion in the radial direction and a Fourier expansion in the azimuthal direction and a Runge-Kutta integration scheme for the time evolution. A domain decomposition method is used to match the fluid-solid boundary conditions based on the method of characteristics. This multi-domain approach allows for significant reductions of the number of grid points in the azimuthal direction for the inner grid domain and thus for corresponding increases of the time step and enhancements of computational efficiency. The viability and accuracy of the proposed method has been rigorously tested and verified through comparisons with analytical solutions as well as with the results obtained with a corresponding, previously published, and independently bench-marked solution for 2D Cartesian coordinates. Finally, the proposed numerical solution also satisfies the reciprocity theorem, which indicates that the inherent singularity associated with the origin of the polar coordinate system is adequately handled.

A pseudo-spectral method for simulating of poro-elastic seismic wave propagation in complex borehole environments

We present a novel numerical approach for the comprehensive, flexible, and accurate simulation of poro-elastic wave propagation in cylindrical coordinates. An important application of this method is the modeling of complex seismic wave phenomena in fluid-filled boreholes, which represents a major, and as of yet largely unresolved, computational problem in exploration geophysics. In view of this, we consider a numerical mesh consisting of three concentric domains representing the borehole fluid in the center, the borehole casing and the surrounding porous formation. The spatial discretization is based on a Chebyshev expansion in the radial direction, Fourier expansions in the other directions, and a Runge-Kutta integration scheme for the time evolution. A domain decomposition method based on the method of characteristics is used to match the boundary conditions at the fluid/porous-solid and porous-solid/porous-solid interfaces. The viability and accuracy of the proposed method has been tested and verified in 2D polar coordinates through comparisons with analytical solutions as well as with the results obtained with a corresponding, previously published, and independently benchmarked solution for 2D Cartesian coordinates. The proposed numerical solution also satisfies the reciprocity theorem, which indicates that the inherent singularity associated with the origin of the polar coordinate system is handled adequately.

Simulation of surface waves in porous media

We present a novel numerical algorithm for the simulation of seismic wave propagation in porous media, which is particularly suitable for the accurate modelling of surface wave-type phenomena. The differential equations of motion are based on Biot's theory of poro-elasticity and solved with a pseudospectral approach using Fourier and Chebyshev methods to compute the spatial derivatives along the horizontal and vertical directions, respectively. The time solver is a splitting algorithm that accounts for the stiffness of the differential equations. Due to the Chebyshev operator the grid spacing in the vertical direction is non-uniform and characterized by a denser spatial sampling in the vicinity of interfaces, which allows for a numerically stable and accurate evaluation of higher order surface wave modes. We stretch the grid in the vertical direction to increase the minimum grid spacing and reduce the computational cost. The free-surface boundary conditions are implemented with a characteristics approach, where the characteristic variables are evaluated at zero viscosity. The same procedure is used to model seismic wave propagation at the interface between a fluid and porous medium. In this case, each medium is represented by a different grid and the two grids are combined through a domain-decomposition method. This wavefield decomposition method accounts for the discontinuity of variables and is crucial for an accurate interface treatment. We simulate seismic wave propagation with open-pore and sealed-pore boundary conditions and verify the validity and accuracy of the algorithm by comparing the numerical simulations to analytical solutions based on zero viscosity obtained with the Cagniard-de Hoop method. Finally, we illustrate the suitability of our algorithm for more complex models of porous media involving viscous pore fluids and strongly heterogeneous distributions of the elastic and hydraulic material properties.

Designing Digital Filters for Servo Systems

The aim of this work was to select an appropriate digital filter for a servo application and to filter the noise from the measurement devices. Low pass filter attenuates the high frequency noise beyond the specified cut-off frequency. Digital lowpass filters in both IIR and FIR responses were designed and experimentally compared to understand their characteristics from the corresponding step responses of the system. Kaiser Windowing and Equiripple methods were selected for FIR response, whereas Butterworth, Chebyshev, InverseChebyshev and Elliptic methods were designed for IIR case. Limitations in digital filter design for a servo system were analysed. Especially the dynamic influences of each designed filter on the control stabilityof the electrical servo drive were observed. The criterion for the selection ofparameters in designing digital filters for servo systems was studied. Control system dynamics was given significant importance and the use of FIR and IIR responses in different situations were compared to justify the selection of suitableresponse in each case. The software used in the filter design was MatLab/Simulink® and dSPACE's DSP application. A speed controlled Permanent Magnet Linear synchronous Motor was used in the experimental work.

Stability Analysis in Multicriteria Discrete Portfolio Optimization.

Almost every problem of design, planning and management in the technical and organizational systems has several conflicting goals or interests. Nowadays, multicriteria decision models represent a rapidly developing area of operation research. While solving practical optimization problems, it is necessary to take into account various kinds of uncertainty due to lack of data, inadequacy of mathematical models to real-time processes, calculation errors, etc. In practice, this uncertainty usually leads to undesirable outcomes where the solutions are very sensitive to any changes in the input parameters. An example is the investment managing. Stability analysis of multicriteria discrete optimization problems investigates how the found solutions behave in response to changes in the initial data (input parameters). This thesis is devoted to the stability analysis in the problem of selecting investment project portfolios, which are optimized by considering different types of risk and efficiency of the investment projects. The stability analysis is carried out in two approaches: qualitative and quantitative. The qualitative approach describes the behavior of solutions in conditions with small perturbations in the initial data. The stability of solutions is defined in terms of existence a neighborhood in the initial data space. Any perturbed problem from this neighborhood has stability with respect to the set of efficient solutions of the initial problem. The other approach in the stability analysis studies quantitative measures such as stability radius. This approach gives information about the limits of perturbations in the input parameters, which do not lead to changes in the set of efficient solutions. In present thesis several results were obtained including attainable bounds for the stability radii of Pareto optimal and lexicographically optimal portfolios of the investment problem with Savage's, Wald's criteria and criteria of extreme optimism. In addition, special classes of the problem when the stability radii are expressed by the formulae were indicated. Investigations were completed using different combinations of Chebyshev's, Manhattan and Hölder's metrics, which allowed monitoring input parameters perturbations differently.

Distribution-Free Bounds for Serial Correlation Coefficients in Heteroskedastic Symmetric Time Series

We consider the problem of testing whether the observations X1, ..., Xn of a time series are independent with unspecified (possibly nonidentical) distributions symmetric about a common known median. Various bounds on the distributions of serial correlation coefficients are proposed: exponential bounds, Eaton-type bounds, Chebyshev bounds and Berry-Esséen-Zolotarev bounds. The bounds are exact in finite samples, distribution-free and easy to compute. The performance of the bounds is evaluated and compared with traditional serial dependence tests in a simulation experiment. The procedures proposed are applied to U.S. data on interest rates (commercial paper rate).

Sur l'inégalité de Visser

Soit p un polynôme d'une variable complexe z. On peut trouver plusieurs inégalités reliant le module maximum de p et une combinaison de ses coefficients. Dans ce mémoire, nous étudierons principalement les preuves connues de l'inégalité de Visser. Nous montrerons aussi quelques généralisations de cette inégalité. Finalement, nous obtiendrons quelques applications de l'inégalité de Visser à l'inégalité de Chebyshev.

Superintégrabilité avec séparation de variables en coordonnées polaires et intégrales du mouvement d’ordre supérieur à deux

Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux résultats de systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires. Dans un premier temps, nous présentons une classification complète de tous les systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires qui admettent une intégrale du mouvement d'ordre trois. Des potentiels s'exprimant en terme de la sixième transcendante de Painlevé et de la fonction elliptique de Weierstrass sont présentés. Ensuite, nous introduisons une famille infinie de systèmes classiques et quantiques intégrables et exactement résolubles en coordonnées polaires. Cette famille s'exprime en terme d'un paramètre k. Le spectre d'énergie et les fonctions d'onde des systèmes quantiques sont présentés. Une conjecture postulant la superintégrabilité de ces systèmes est formulée et est vérifiée pour k=1,2,3,4. L'ordre des intégrales du mouvement proposées est 2k où k ∈ ℕ. La structure algébrique de la famille de systèmes quantiques est formulée en terme d'une algèbre cachée où le nombre de générateurs dépend du paramètre k. Une généralisation quasi-exactement résoluble et intégrable de la famille de potentiels est proposée. Finalement, les trajectoires classiques de la famille de systèmes sont calculées pour tous les cas rationnels k ∈ ℚ. Celles-ci s'expriment en terme des polynômes de Chebyshev. Les courbes associées aux trajectoires sont présentées pour les premiers cas k=1, 2, 3, 4, 1/2, 1/3 et 3/2 et les trajectoires bornées sont fermées et périodiques dans l'espace des phases. Ainsi, les résultats obtenus viennent renforcer la possible véracité de la conjecture.

Irrégularités dans la distribution des nombres premiers et des suites plus générales dans les progressions arithmétiques

Le sujet principal de cette thèse est la distribution des nombres premiers dans les progressions arithmétiques, c'est-à-dire des nombres premiers de la forme $qn+a$, avec $a$ et $q$ des entiers fixés et $n=1,2,3,\dots$ La thèse porte aussi sur la comparaison de différentes suites arithmétiques par rapport à leur comportement dans les progressions arithmétiques. Elle est divisée en quatre chapitres et contient trois articles. Le premier chapitre est une invitation à la théorie analytique des nombres, suivie d'une revue des outils qui seront utilisés plus tard. Cette introduction comporte aussi certains résultats de recherche, que nous avons cru bon d'inclure au fil du texte. Le deuxième chapitre contient l'article \emph{Inequities in the Shanks-Rényi prime number race: an asymptotic formula for the densities}, qui est le fruit de recherche conjointe avec le professeur Greg Martin. Le but de cet article est d'étudier un phénomène appelé le <Chebyshev>>, qui s'observe dans les <>. Chebyshev a observé qu'il semble y avoir plus de premiers de la forme $4n+3$ que de la forme $4n+1$. De manière plus générale, Rubinstein et Sarnak ont montré l'existence d'une quantité $\delta(q;a,b)$, qui désigne la probabilité d'avoir plus de premiers de la forme $qn+a$ que de la forme $qn+b$. Dans cet article nous prouvons une formule asymptotique pour $\delta(q;a,b)$ qui peut être d'un ordre de précision arbitraire (en terme de puissance négative de $q$). Nous présentons aussi des résultats numériques qui supportent nos formules. Le troisième chapitre contient l'article \emph{Residue classes containing an unexpected number of primes}. Le but est de fixer un entier $a\neq 0$ et ensuite d'étudier la répartition des premiers de la forme $qn+a$, en moyenne sur $q$. Nous montrons que l'entier $a$ fixé au départ a une grande influence sur cette répartition, et qu'il existe en fait certaines progressions arithmétiques contenant moins de premiers que d'autres. Ce phénomène est plutôt surprenant, compte tenu du théorème des premiers dans les progressions arithmétiques qui stipule que les premiers sont équidistribués dans les classes d'équivalence $\bmod q$. Le quatrième chapitre contient l'article \emph{The influence of the first term of an arithmetic progression}. Dans cet article on s'intéresse à des irrégularités similaires à celles observées au troisième chapitre, mais pour des suites arithmétiques plus générales. En effet, nous étudions des suites telles que les entiers s'exprimant comme la somme de deux carrés, les valeurs d'une forme quadratique binaire, les $k$-tuplets de premiers et les entiers sans petit facteur premier. Nous démontrons que dans chacun de ces exemples, ainsi que dans une grande classe de suites arithmétiques, il existe des irrégularités dans les progressions arithmétiques $a\bmod q$, avec $a$ fixé et en moyenne sur $q$.

Solution de C. Hyltén-Cavallius pour un problème de P. Turán concernant des polynômes

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Special functions of Weyl groups and their continuous and discrete orthogonality

Cette thèse s'intéresse à l'étude des propriétés et applications de quatre familles des fonctions spéciales associées aux groupes de Weyl et dénotées $C$, $S$, $S^s$ et $S^l$. Ces fonctions peuvent être vues comme des généralisations des polynômes de Tchebyshev. Elles sont en lien avec des polynômes orthogonaux à plusieurs variables associés aux algèbres de Lie simples, par exemple les polynômes de Jacobi et de Macdonald. Elles ont plusieurs propriétés remarquables, dont l'orthogonalité continue et discrète. En particulier, il est prouvé dans la présente thèse que les fonctions $S^s$ et $S^l$ caractérisées par certains paramètres sont mutuellement orthogonales par rapport à une mesure discrète. Leur orthogonalité discrète permet de déduire deux types de transformées discrètes analogues aux transformées de Fourier pour chaque algèbre de Lie simple avec racines des longueurs différentes. Comme les polynômes de Tchebyshev, ces quatre familles des fonctions ont des applications en analyse numérique. On obtient dans cette thèse quelques formules de <>, pour des fonctions de plusieurs variables, en liaison avec les fonctions $C$, $S^s$ et $S^l$. On fournit également une description complète des transformées en cosinus discrètes de types V--VIII à $n$ dimensions en employant les fonctions spéciales associées aux algèbres de Lie simples $B_n$ et $C_n$, appelées cosinus antisymétriques et symétriques. Enfin, on étudie quatre familles de polynômes orthogonaux à plusieurs variables, analogues aux polynômes de Tchebyshev, introduits en utilisant les cosinus (anti)symétriques.