Contribution to the design of waveguide-fed compound-slot arrays by means of equivalent circuit modelling

Los arrays de ranuras son sistemas de antennas conocidos desde los años 40, principalmente destinados a formar parte de sistemas rádar de navíos de combate y grandes estaciones terrenas donde el tamaño y el peso no eran altamente restrictivos. Con el paso de los años y debido sobre todo a importantes avances en materiales y métodos de fabricación, el rango de aplicaciones de este tipo de sistemas radiantes creció en gran medida. Desde nuevas tecnologías biomédicas, sistemas anticolisión en automóviles y navegación en aviones, enlaces de comunicaciones de alta tasa binaria y corta distancia e incluso sistemas embarcados en satélites para la transmisión de señal de televisión. Dentro de esta familia de antennas, existen dos grupos que destacan por ser los más utilizados: las antennas de placas paralelas con las ranuras distribuidas de forma circular o espiral y las agrupaciones de arrays lineales construidos sobre guia de onda. Continuando con las tareas de investigación desarrolladas durante los últimos años en el Instituto de Tecnología de Tokyo y en el Grupo de Radiación de la Universidad Politécnica de Madrid, la totalidad de esta tesis se centra en este último grupo, aunque como se verá se separa en gran medida de las técnicas de diseño y metodologías convencionales. Los arrays de ranuras rectas y paralelas al eje de la guía rectangular que las alimenta son, sin ninguna duda, los modelos más empleados debido a la fiabilidad que presentan a altas frecuencias, su capacidad para gestionar grandes cantidades de potencia y la sencillez de su diseño y fabricación. Sin embargo, también presentan desventajas como estrecho ancho de banda en pérdidas de retorno y rápida degradación del diagrama de radiación con la frecuencia. Éstas son debidas a la naturaleza resonante de sus elementos radiantes: al perder la resonancia, el sistema global se desajusta y sus prestaciones degeneran. En arrays bidimensionales de slots rectos, el campo eléctrico queda polarizado sobre el plano transversal a las ranuras, correspondiéndose con el plano de altos lóbulos secundarios. Esta tesis tiene como objetivo el desarrollo de un método sistemático de diseño de arrays de ranuras inclinadas y desplazadas del centro (en lo sucesivo “ranuras compuestas”), definido en 1971 como uno de los desafíos a superar dentro del mundo del diseño de antennas. La técnica empleada se basa en el Método de los Momentos, la Teoría de Circuitos y la Teoría de Conexión Aleatoria de Matrices de Dispersión. Al tratarse de un método circuital, la primera parte de la tesis se corresponde con el estudio de la aplicabilidad de las redes equivalentes fundamentales, su capacidad para recrear fenómenos físicos de la ranura, las limitaciones y ventajas que presentan para caracterizar las diferentes configuraciones de slot compuesto. Se profundiza en las diferencias entre las redes en T y en ! y se condiciona la selección de una u otra dependiendo del tipo de elemento radiante. Una vez seleccionado el tipo de red a emplear en el diseño del sistema, se ha desarrollado un algoritmo de cascadeo progresivo desde el puerto alimentador hacia el cortocircuito que termina el modelo. Este algoritmo es independiente del número de elementos, la frecuencia central de funcionamiento, del ángulo de inclinación de las ranuras y de la red equivalente seleccionada (en T o en !). Se basa en definir el diseño del array como un Problema de Satisfacción de Condiciones (en inglés, Constraint Satisfaction Problem) que se resuelve por un método de Búsqueda en Retroceso (Backtracking algorithm). Como resultado devuelve un circuito equivalente del array completo adaptado a su entrada y cuyos elementos consumen una potencia acorde a una distribución de amplitud dada para el array. En toda agrupación de antennas, el acoplo mutuo entre elementos a través del campo radiado representa uno de los principales problemas para el ingeniero y sus efectos perjudican a las prestaciones globales del sistema, tanto en adaptación como en capacidad de radiación. El empleo de circuito equivalente se descartó por la dificultad que suponía la caracterización de estos efectos y su inclusión en la etapa de diseño. En esta tesis doctoral el acoplo también se ha modelado como una red equivalente cuyos elementos son transformadores ideales y admitancias, conectada al conjunto de redes equivalentes que representa el array. Al comparar los resultados estimados en términos de pérdidas de retorno y radiación con aquellos obtenidos a partir de programas comerciales populares como CST Microwave Studio se confirma la validez del método aquí propuesto, el primer método de diseño sistemático de arrays de ranuras compuestos alimentados por guía de onda rectangular. Al tratarse de ranuras no resonantes, el ancho de banda en pérdidas de retorno es mucho mas amplio que el que presentan arrays de slots rectos. Para arrays bidimensionales, el ángulo de inclinación puede ajustarse de manera que el campo quede polarizado en los planos de bajos lóbulos secundarios. Además de simulaciones se han diseñado, construido y medido dos prototipos centrados en la frecuencia de 12GHz, de seis y diez elementos. Las medidas de pérdidas de retorno y diagrama de radiación revelan excelentes resultados, certificando la bondad del método genuino Method of Moments - Forward Matching Procedure desarrollado a lo largo de esta tésis. Abstract The slot antenna arrays are well known systems from the decade of 40s, mainly intended to be part of radar systems of large warships and terrestrial stations where size and weight were not highly restrictive. Over the years, mainly due to significant advances in materials and manufacturing methods, the range of applications of this type of radiating systems grew significantly. From new biomedical technologies, collision avoidance systems in cars and aircraft navigation, short communication links with high bit transfer rate and even embedded systems in satellites for television broadcast. Within this family of antennas, two groups stand out as being the most frequent in the literature: parallel plate antennas with slots placed in a circular or spiral distribution and clusters of waveguide linear arrays. To continue the vast research work carried out during the last decades in the Tokyo Institute of Technology and in the Radiation Group at the Universidad Politécnica de Madrid, this thesis focuses on the latter group, although it represents a technique that drastically breaks with traditional design methodologies. The arrays of slots straight and parallel to the axis of the feeding rectangular waveguide are without a doubt the most used models because of the reliability that they present at high frequencies, its ability to handle large amounts of power and their simplicity of design and manufacturing. However, there also exist disadvantages as narrow bandwidth in return loss and rapid degradation of the radiation pattern with frequency. These are due to the resonant nature of radiating elements: away from the resonance status, the overall system performance and radiation pattern diminish. For two-dimensional arrays of straight slots, the electric field is polarized transverse to the radiators, corresponding to the plane of high side-lobe level. This thesis aims to develop a systematic method of designing arrays of angled and displaced slots (hereinafter "compound slots"), defined in 1971 as one of the challenges to overcome in the world of antenna design. The used technique is based on the Method of Moments, Circuit Theory and the Theory of Scattering Matrices Connection. Being a circuitry-based method, the first part of this dissertation corresponds to the study of the applicability of the basic equivalent networks, their ability to recreate the slot physical phenomena, their limitations and advantages presented to characterize different compound slot configurations. It delves into the differences of T and ! and determines the selection of the most suitable one depending on the type of radiating element. Once the type of network to be used in the system design is selected, a progressive algorithm called Forward Matching Procedure has been developed to connect the proper equivalent networks from the feeder port to shorted ending. This algorithm is independent of the number of elements, the central operating frequency, the angle of inclination of the slots and selected equivalent network (T or ! networks). It is based on the definition of the array design as a Constraint Satisfaction Problem, solved by means of a Backtracking Algorithm. As a result, the method returns an equivalent circuit of the whole array which is matched at its input port and whose elements consume a power according to a given amplitude distribution for the array. In any group of antennas, the mutual coupling between elements through the radiated field represents one of the biggest problems that the engineer faces and its effects are detrimental to the overall performance of the system, both in radiation capabilities and return loss. The employment of an equivalent circuit for the array design was discarded by some authors because of the difficulty involved in the characterization of the coupling effects and their inclusion in the design stage. In this thesis the coupling has also been modeled as an equivalent network whose elements are ideal transformers and admittances connected to the set of equivalent networks that represent the antennas of the array. By comparing the estimated results in terms of return loss and radiation with those obtained from popular commercial software as CST Microwave Studio, the validity of the proposed method is fully confirmed, representing the first method of systematic design of compound-slot arrays fed by rectangular waveguide. Since these slots do not work under the resonant status, the bandwidth in return loss is much wider than the longitudinal-slot arrays. For the case of two-dimensional arrays, the angle of inclination can be adjusted so that the field is polarized at the low side-lobe level plane. Besides the performed full-wave simulations two prototypes of six and ten elements for the X-band have been designed, built and measured, revealing excellent results and agreement with the expected results. These facts certify that the genuine technique Method of Moments - Matching Forward Procedure developed along this thesis is valid and trustable.

Dispositivos basados en el efecto Hall. Parte I

Se presenta aquí un elemento pasivo, de reciente desarrollo, el generador Hall. Este elemento de pequeñísimo tamaño, se basa en un efecto descubierto en 1789 por Hall. En primer lugar, se estudia el efecto, que tiene lugar en los metales, en los semiconductores e incluso en los gases ionizados. El coeficiente de Hall Rh o bien la sensitividad K0 representan en cierto modo la, capacidad de funcionamiento del generador, y por esto resulta muy interesante profundizar un poco en ello y ver qué factores influyen sobre los valores de aquellos parámetros. Se citan algunas de las muchas propiedades de aplicación del elemento. Para terminar esta primera parte, dedicada al efecto en los semiconductores, presentamos un circuito equivalente, cuyo margen de validez vendrá en cada caso determinado por los valores máximos establecidos por el fabricante. Por último, se expone el principio del multiplicador, y sobre un multiplicador comercial se tratan de explicar algunos resultados del mismo que parecen pobres, dada la posibilidad teórica de la cápsula en sí. Aunque comprendemos que gran parte de los inconvenientes provienen de los mismos circuitos, como no conocemos éstos,nos ceñimos más bien a los errores que provienen de la propia cápsula. Parece más honrado y quizás añada algo de luz sobre el conocimiento del elemento considerado

Analytical models for the power subsystem and the attitude control subsystem of a microsatellite

El trabajo realizado en la presente tesis doctoral se debe considerar parte del proyecto UPMSat-2, que se enmarca dentro del ámbito de la tecnología aeroespacial. El UPMSat-2 es un microsatélite (de bajo coste y pequeño tamaño) diseñado, construido, probado e integrado por la Universidad Politécnica de Madrid (España), para fines de demostración tecnológica y educación. El objetivo de la presente tesis doctoral es presentar nuevos modelos analíticos para estudiar la interdependencia energética entre los subsistemas de potencia y de control de actitud de un satélite. En primer lugar, se estudia la simulación del subsistema de potencia de un microsatélite, prestando especial atención a la simulación de la fuente de potencia, esto es, los paneles solares. En la tesis se presentan métodos sencillos pero precisos para simular la producción de energía de los paneles en condiciones ambientales variables a través de su circuito equivalente. Los métodos propuestos para el cálculo de los parámetros del circuito equivalente son explícitos (o al menos, con las variables desacopladas), no iterativos y directos; no se necesitan iteraciones o valores iniciales para calcular los parámetros. La precisión de este método se prueba y se compara con métodos similares de la literatura disponible, demostrando una precisión similar para mayor simplicidad. En segundo lugar, se presenta la simulación del subsistema de control de actitud de un microsatélite, prestando especial atención a la nueva ley de control propuesta. La tesis presenta un nuevo tipo de control magnético es aplicable a la órbita baja terrestre (LEO). La ley de control propuesta es capaz de ajustar la velocidad de rotación del satélite alrededor de su eje principal de inercia máximo o mínimo. Además, en el caso de órbitas de alta inclinación, la ley de control favorece la alineación del eje de rotación con la dirección normal al plano orbital. El algoritmo de control propuesto es simple, sólo se requieren magnetopares como actuadores; sólo se requieren magnetómetros como sensores; no hace falta estimar la velocidad angular; no incluye un modelo de campo magnético de la Tierra; no tiene por qué ser externamente activado con información sobre las características orbitales y permite el rearme automático después de un apagado total del subsistema de control de actitud. La viabilidad teórica de la citada ley de control se demuestra a través de análisis de Monte Carlo. Por último, en términos de producción de energía, se demuestra que la actitud propuesto (en eje principal perpendicular al plano de la órbita, y el satélite que gira alrededor de ella con una velocidad controlada) es muy adecuado para la misión UPMSat-2, ya que permite una área superior de los paneles apuntando hacia el sol cuando se compara con otras actitudes estudiadas. En comparación con el control de actitud anterior propuesto para el UPMSat-2 resulta en un incremento de 25% en la potencia disponible. Además, la actitud propuesto mostró mejoras significativas, en comparación con otros, en términos de control térmico, como la tasa de rotación angular por satélite puede seleccionarse para conseguir una homogeneización de la temperatura más alta que apunta satélite y la antena. ABSTRACT The work carried out in the present doctoral dissertation should be considered part of the UPMSat-2 project, falling within the scope of the aerospace technology. The UPMSat-2 is a microsatellite (low cost and small size) designed, constructed integrated and tested for educational and technology demonstration purposes at the Universidad Politécnica de Madrid (Spain). The aim of the present doctoral dissertation is to present new analytical models to study the energy interdependence between the power and the attitude control subsystems of a satellite. First, the simulation of the power subsystem of a microsatellite is studied, paying particular attention to the simulation of the power supply, i.e. the solar panels. Simple but accurate methods for simulate the power production under variable ambient conditions using its equivalent circuit are presented. The proposed methods for calculate the equivalent circuit parameters are explicit (or at least, with decoupled variables), non-iterative and straight forward; no iterations or initial values for the parameters are needed. The accuracy of this method is tested and compared with similar methods from the available literature demonstrating similar precision but higher simplicity. Second, the simulation of the control subsystem of a microsatellite is presented, paying particular attention to the new control law proposed. A new type of magnetic control applied to Low Earth Orbit (LEO) satellites has been presented. The proposed control law is able to set the satellite rotation speed around its maximum or minimum inertia principal axis. Besides, the proposed control law favors the alignment of this axis with the normal direction to the orbital plane for high inclination orbits. The proposed control algorithm is simples, only magnetorquers are required as actuators; only magnetometers are required as sensors; no estimation of the angular velocity is needed; it does not include an in-orbit Earth magnetic field model; it does not need to be externally activated with information about the orbital characteristics and it allows automatic reset after a total shutdown of attitude control subsystem. The theoretical viability of the control law is demonstrated through Monte Carlo analysis. Finally, in terms of power production, it is demonstrated that the proposed attitude (on principal axis perpendicular to the orbit plane, and the satellite rotating around it with a controlled rate) is quite suitable for the UPMSat-2 mission, as it allows a higher area of the panels pointing towards the sun when compared to other studied attitudes. Compared with the previous attitude control proposed for the UPMSat-2 it results in a 25% increment in available power. Besides, the proposed attitude showed significant improvements, when compared to others, in terms of thermal control, as the satellite angular rotation rate can be selected to achieve a higher temperature homogenization of the satellite and antenna pointing.

Estudio teórico-práctico de la célula de combustible. Caracterización eléctrica y mejoras en la gestión del agua a partir de nuevos materiales.

Uno de los principales retos de la sociedad actual es la evolución de sectores como el energético y el de la automoción a un modelo sostenible, responsable con el medio ambiente y con la salud de los ciudadanos. Una de las posibles alternativas, es la célula de combustible de hidrógeno, que transforma la energía química del combustible (hidrógeno) en corriente continua de forma limpia y eficiente. De entre todos los tipos de célula, gana especial relevancia la célula de membrana polimérica (PEM), que por sus características de peso, temperatura de trabajo y simplicidad; se presenta como una gran alternativa para el sector de la automoción entre otros. Por ello, el objetivo de este trabajo es ahondar en el conocimiento de la célula de combustible PEM. Se estudiarán los fundamentos teóricos que permitan comprender su funcionamiento, el papel de cada uno de los elementos de la célula y cómo varían sus características el funcionamiento general de la misma. También se estudiará la caracterización eléctrica, por su papel crucial en la evaluación del desempeño de la célula y para la comparación de modificaciones introducidas en ella. Además, se realizará una aplicación práctica en colaboración con los proyectos de fin de máster y doctorado de otros estudiantes del Politécnico de Milán, para implementar las técnicas aprendidas de caracterización eléctrica en una célula trabajando con diferentes tipos de láminas de difusión gaseosa (GDL y GDM) preparadas por estudiantes. Los resultados de la caracterización, permitirán analizar las virtudes de dos modificaciones en la composición clásica de la célula, con el fin de mejorar la gestión del agua que se produce en la zona catódica durante la reacción, disminuyendo los problemas de difusión a altas densidades de corriente y la consiguiente pérdida de potencial en la célula. Las dos modificaciones son: la inclusión de una lámina de difusión microporosa (MPL) a la lámina macroporosa habitual (GDL), y el uso de diversos polímeros con mejores propiedades hidrófobas en el tratamiento de dichas láminas de difusión. La célula de combustible es un sistema de conversión de energía electroquímico, en el que se trasforma de forma directa, energía química en energía eléctrica de corriente continua. En el catalizador de platino del ánodo se produce la descomposición de los átomos de hidrógeno. Los protones resultantes viajarán a través de la membrana de conducción protónica (que hace las veces de electrolito y supone el alma de la célula PEM) hasta el cátodo. Los electrones, en cambio, alcanzarán el cátodo a través de un circuito externo produciendo trabajo. Una vez ambas especies se encuentran en el cátodo, y junto con el oxígeno que sirve como oxidante, se completa la reacción, produciéndose agua. El estudio termodinámico de la reacción que se produce en la célula nos permite calcular el trabajo eléctrico teórico producido por el movimiento de cargas a través del circuito externo, y con él, una expresión del potencial teórico que presentará la célula, que variará con la temperatura y la presión; Para una temperatura de 25°C, este potencial teórico es de 1.23 V, sin embargo, el potencial de la célula en funcionamiento nunca presenta este valor. El alejamiento del comportamiento teórico se debe, principalmente, a tres tipos de pérdidas bien diferenciadas:  Pérdidas de activación: El potencial teórico representa la tensión de equilibrio, para la que no se produce un intercambio neto de corriente. Por tanto, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo debe alejarse del valor teórico para obtener una corriente neta a través del circuito externo. Esta diferencia con el potencial teórico se denomina polarización de activación, y conlleva una pérdida de tensión en la célula. Así pues estas pérdidas tienen su origen en la cinética de la reacción electroquímica.  Pérdidas óhmicas: Es una suma de las resistencias eléctricas en los elementos conductores, la resistencia en la membrana electrolítica a la conducción iónica y las resistencias de contacto.  Pérdidas por concentración: Estas pérdidas se producen cuando los gases reactivos en el área activa son consumidos en un tiempo menor del necesario para ser repuestos. Este fenómeno es crítico a altas densidades de corriente, cuando los gases reactivos son consumidos con gran velocidad, por lo que el descenso de concentración de reactivos en los electrodos puede provocar una caída súbita de la tensión de la célula. La densidad de corriente para la cual se produce esta caída de potencial en unas condiciones determinadas se denomina densidad límite de corriente. Así pues, estas pérdidas tienen su origen en los límites de difusión de las especies reactivas a través de la célula. Además de la membrana electrolítica y el catalizador, en la célula de combustible podemos encontrar como principales componentes los platos bipolares, encargados de conectar la célula eléctricamente con el exterior y de introducir los gases reactivos a través de sus conductos; y las láminas difusivas, que conectan eléctricamente el catalizador con los platos bipolares y sirven para distribuir los gases reactivos de forma que lleguen a todo el área activa, y para evacuar el exceso de agua que se acumula en el área activa.La lámina difusiva, más conocida como GDL, será el argumento principal de nuestro estudio. Está conformada por un tejido de fibra de carbono macroporosa, que asegure el contacto eléctrico entre el catalizador y el plato bipolar, y es tratada con polímeros para proporcionarle propiedades hidrófobas que le ayuden en la evacuación de agua. La evacuación del agua es tan importante, especialmente en el cátodo, porque de lo contrario, la cantidad de agua generada por la reacción electroquímica, sumada a la humedad que portan los gases, puede provocar inundaciones en la zona activa del electrodo. Debido a las inundaciones, el agua obstruye los poros del GDL, dificultando la difusión de especies gaseosas y aumentando las pérdidas por concentración. Por otra parte, si demasiada agua se evacúa del electrodo, se puede producir un aumento de las pérdidas óhmicas, ya que la conductividad protónica de la membrana polimérica, es directamente proporcional a su nivel de humidificación. Con el fin de mejorar la gestión del agua de la célula de combustible, se ha añadido una capa microporosa denominada MPL al lado activo del GDL. Esta capa, constituida por una mezcla de negro de carbón con el polímero hidrófobo como aglutinante, otorga al GDL un mejor acabado superficial que reduce la resistencia de contacto con el electrodo, además la reducción del tamaño de las gotas de agua al pasar por el MPL mejora la difusión gaseosa por la disminución de obstrucciones en el GDL. Es importante tener cuidado en los tratamientos de hidrofobización de estos dos elementos, ya que, cantidades excesivas de polímero hidrófobo podrían reducir demasiado el tamaño de los poros, además de aumentar las pérdidas resistivas por su marcado carácter dieléctrico. Para el correcto análisis del funcionamiento de una célula de combustible, la herramienta fundamental es su caracterización eléctrica a partir de la curva de polarización. Esta curva representa la evolución del potencial de la célula respecto de la densidad de corriente, y su forma viene determinada principalmente por la contribución de las tres pérdidas mencionadas anteriormente. Junto con la curva de polarización, en ocasiones se presenta la curva de densidad de potencia, que se obtiene a partir de la misma. De forma complementaria a la curva de polarización, se puede realizar el estudio del circuito equivalente de la célula de combustible. Este consiste en un circuito eléctrico sencillo, que simula las caídas de potencial en la célula a través de elementos como resistencias y capacitancias. Estos elementos representas pérdidas y limitaciones en los procesos químicos y físicos en la célula. Para la obtención de este circuito equivalente, se realiza una espectroscopia de impedancia electroquímica (en adelante EIS), que consiste en la identificación de los diferentes elementos a partir de los espectros de impedancia, resultantes de introducir señales de corriente alternas sinusoidales de frecuencia variable en la célula y observar la respuesta en la tensión. En la siguiente imagen se puede observar un ejemplo de la identificación de los parámetros del circuito equivalente en un espectro de impedancia. Al final del trabajo, se han realizado dos aplicaciones prácticas para comprobar la influencia de las características hidrófobas y morfológicas de los medios difusores en la gestión del agua en el cátodo y, por tanto, en el resultado eléctrico de la célula; y como aplicación práctica de las técnicas de construcción y análisis de las curvas de polarización y potencia y de la espectroscopia de impedancia electroquímica. El primer estudio práctico ha consistido en comprobar los beneficios de la inclusión de un MPL al GDL. Para ello se han caracterizado células funcionando con GDL y GDM (GDL+MPL) tratados con dos tipos diferentes de polímeros, PTFE y PFPE. Además se han realizado las pruebas para diferentes condiciones de funcionamiento, a saber, temperaturas de 60 y 80°C y niveles de humidificación relativa de los gases reactivos de 80%-60% y 80%- 100% (A-C). Se ha comprobado con las curvas de polarización y potencia, cómo la inclusión de un MPL en el lado activo del GDL reporta una mejora del funcionamiento de trabajo en todas las condiciones estudiadas. Esta mejora se hace más patente para altas densidades de corriente, cuando la gestión del agua resulta más crítica, y a bajas temperaturas ya que un menor porcentaje del agua producida se encuentra en estado de vapor, produciéndose inundaciones con mayor facilidad. El segundo estudio realizado trata de la influencia del agente hidrofobizante utilizado en los GDMs. Se pretende comprobar si algún otro polímero de los estudiados, mejora las prestaciones del comúnmente utilizado PTFE. Para ello se han caracterizado células trabajando en diferentes condiciones de trabajo (análogas a las del primer estudio) con GDMs tratados con PTFE, PFPE, FEP y PFA. Tras el análisis de las curvas de polarización y potencia, se observa un gran comportamiento del FEP para todas las condiciones de trabajo, aumentando el potencial de la célula para cada densidad de corriente respecto al PTFE y retrasando la densidad de corriente límite. El PFPE también demuestra un gran aumento del potencial y la densidad de potencia de la célula, aunque presenta mayores problemas de difusión a altas densidades de corriente. Los resultados del PFA evidencian sus problemas en la gestión del agua a altas densidades de corriente, especialmente para altas temperaturas. El análisis de los espectros de impedancia obtenidos con la EIS confirma los resultados de las curvas de polarización y evidencian que la mejor alternativa al PTFE para el tratamiento del GDM es el FEP, que por sus mejores características hidrófobas reduce las pérdidas por concentración con una mejor gestión del agua en el cátodo.

Método híbrido para projeto de superfícies seletivas em frequência

This thesis presents a hybrid technique of frequency selective surfaces project (FSS) on a isotropic dielectric layer, considering various geometries for the elements of the unit cell. Specifically, the hybrid technique uses the equivalent circuit method in conjunction with genetic algorithm, aiming at the synthesis of structures with response single-band and dual-band. The equivalent circuit method allows you to model the structure by using an equivalent circuit and also obtaining circuits for different geometries. From the obtaining of the parameters of these circuits, you can get the transmission and reflection characteristics of patterned structures. For the optimization of patterned structures, according to the desired frequency response, Matlab™ optimization tool named optimtool proved to be easy to use, allowing you to explore important results on the optimization analysis. In this thesis, numeric and experimental results are presented for the different characteristics of the analyzed geometries. For this, it was determined a technique to obtain the parameter N, which is based on genetic algorithms and differential geometry, to obtain the algebraic rational models that determine values of N more accurate, facilitating new projects of FSS with these geometries. The optimal results of N are grouped according to the occupancy factor of the cell and the thickness of the dielectric, for modeling of the structures by means of rational algebraic equations. Furthermore, for the proposed hybrid model was developed a fitness function for the purpose of calculating the error occurred in the definitions of FSS bandwidths with transmission features single band and dual band. This thesis deals with the construction of prototypes of FSS with frequency settings and band widths obtained with the use of this function. The FSS were initially reviewed through simulations performed with the commercial software Ansoft Designer ™, followed by simulation with the equivalent circuit method for obtaining a value of N in order to converge the resonance frequency and the bandwidth of the FSS analyzed, then the results obtained were compared. The methodology applied is validated with the construction and measurement of prototypes with different geometries of the cells of the arrays of FSS.

Método híbrido para projeto de superfícies seletivas em frequência

This thesis presents a hybrid technique of frequency selective surfaces project (FSS) on a isotropic dielectric layer, considering various geometries for the elements of the unit cell. Specifically, the hybrid technique uses the equivalent circuit method in conjunction with genetic algorithm, aiming at the synthesis of structures with response single-band and dual-band. The equivalent circuit method allows you to model the structure by using an equivalent circuit and also obtaining circuits for different geometries. From the obtaining of the parameters of these circuits, you can get the transmission and reflection characteristics of patterned structures. For the optimization of patterned structures, according to the desired frequency response, Matlab™ optimization tool named optimtool proved to be easy to use, allowing you to explore important results on the optimization analysis. In this thesis, numeric and experimental results are presented for the different characteristics of the analyzed geometries. For this, it was determined a technique to obtain the parameter N, which is based on genetic algorithms and differential geometry, to obtain the algebraic rational models that determine values of N more accurate, facilitating new projects of FSS with these geometries. The optimal results of N are grouped according to the occupancy factor of the cell and the thickness of the dielectric, for modeling of the structures by means of rational algebraic equations. Furthermore, for the proposed hybrid model was developed a fitness function for the purpose of calculating the error occurred in the definitions of FSS bandwidths with transmission features single band and dual band. This thesis deals with the construction of prototypes of FSS with frequency settings and band widths obtained with the use of this function. The FSS were initially reviewed through simulations performed with the commercial software Ansoft Designer ™, followed by simulation with the equivalent circuit method for obtaining a value of N in order to converge the resonance frequency and the bandwidth of the FSS analyzed, then the results obtained were compared. The methodology applied is validated with the construction and measurement of prototypes with different geometries of the cells of the arrays of FSS.

Nuevos vidrios del sistema Li2S-Sb2S3-P2S5 para aplicación en microbaterías de litio.

Actualmente existe un gran interés hacia los vidrios sulfuros debido a la alta conductividad promovida por el ión litio. En el presente trabajo se expone un estudio sobre los nuevos vidrios basados en el sistema Li2S-Sb2S3 que son conductores iónicos de litio con posible aplicación en las baterías de estado sólido. La síntesis de vidrios fue realizada por el método de fusión-templado. Y su formación fue confi rmada mediante difracción de rayos X (DRX) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se llevó a cabo análisis de espectroscopía de impedancia para evaluar sus conductividades. La conductividad iónica alcanzó valores hasta 10-6 S/cm a temperatura ambiente que permite ubicarlos como conductores sólidos para posibles aplicaciones en microbacterías. Además, se reportaron los valores de energía de activación, Ea, los factores preexponenciales, σ 0, y el modelo del circuito equivalente R(RQ)(RQ).

Arreglos de siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) y maiz (Zea mays L.) en asocio y monocultivos, efecto sobre la cenosis, crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra

En el presente escrito se presentan los resultados de un experimento sembrado en la época de primera 1994, en la finca experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, en un suelo de origen volcánico con altos contenidos de carbono orgánico. El propósito fue determinar el efecto de siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) Asociado con maíz (Zea mays L.) Y monocultivos sobre la dinámica de las malezas, utilidad de la tierra y rendimiento de los cultivos. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones en el cual se evaluaron monocultivo de maíz y frijol, y la asociación de frijol con maíz bajo 4 arreglos de siembra: un surco de frijol y 1 de maíz (1:1), dos surcos de frijol y uno de maíz (2:1), tres surcos de frijol y uno de maíz (3:1) y cuatro surcos de frijol y uno de maíz (4:1). Los resultados obtenidos indican que los asocios resultaron ser más eficientes que los monocultivos sobre la abundancia y dominancia de las malezas al aprovechar estos el efecto de cobertura que ejerció el frijol en las calles de maíz, reduciendo de esta forma las necesidades de control principalmente en lo referente a este último. Los mayores rendimientos de grano se obtuvieron también en los sistemas asociados bajo los arreglos 2:1, .3: l, 4:1 y 1:1, seguidos por el monocultivo de maíz. El frijol en monocultivo fue el menos rendidor por unidad de área. En cuanto a la eficiencia en el uso de la tierra fue mayor en los asocios que en los monocultivos, los cuales tuvieron un uso equivalente de la tierra (UET) de 1.64, 1.51, 1.43 y 1.30 para los arreglos 3: l, 4:1, 2:1 y 1:1 respectivamente, proporcionando un 64, 51, 43 y 30 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos. El policultivo resultó ser un componente valioso a ser tomado en cuenta en un programa de manejo integrado de malezas en ambos cultivos, ya que reduce la vulnerabilidad del sistema a la colonización y establecimiento de las malezas, además de un mejor uso de la tierra y mayor diversificación de la producción.

Efecto de arreglos de siembra maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.), en asocio y monocultivo sobre la dinámica de las malezas, el crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra. Primera 1995

En el presente estudio se presentan los resultados de un experimento realizado en época de primera 1995, en la finca San Diego, ubicada en el municipio de Nandaime, departamento de Granada, en un suelo de origen volcánico, franco arcilloso. El propósito fue determinar el efecto de arreglos de siembra de frijol común asociado con matiz y monocultivos sobre la cenosis de las maleas, crecimiento, rendimientos absolutos y relativos y aprovechabilidad de la tierra. Se utilizó un diseño de Bloques Completos al Azar, con cuatro repeticiones en el cual se evaluaron monocultivos de maíz y frijol y los asocios de plantas de frijol con maíz bajo 7 arreglos de siembra: dos surcos de frijol y tres de maíz (F2M3), un surco de frijol y uno de maíz (F1M1), cuatro surcos de frijol y tres de maíz (F4M3), dos surcos de frijol y uno de maíz (F2M1), tres surcos de frijol y uno de maíz (F3M1), cuatro surcos de frijol y uno de maíz (F4M1) y 14 surcos de frijol y uno de maíz (F6M1). Las resultados obtenidos indican que los arreglos en asocios resultaron ser más efectivos en el control de maíz, en lo que respecta a abundancia, dominancia y cobertura de malezas, al aprovechar éstos el efecto de cobertura que ejerce el frijol en las calles de maíz y el sombreo superior del follaje del maíz. Los mayores rendimientos de granos se obtuvieron en los monocultivos, resultado de una mayor cantidad de plantas ~echadas por unidad de área. En lo que se refiere al uso equivalente de la tierra resultaron ser los asocias F4M1, F4M3, F2M1 y P6M1 más eficientes que los monocultivos, los cuales presentaron valores de 50, 45, 43, 27 y 7 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos Los asocios además resultaron ser la alternativa más económica para el pequeño y mediano productor siendo más viable los arreglos de siembra F2M1, F4M3, F4M1 en relación a los monocultivos con tasas de rentabilidad de 127.7, 127.6 y 109.4 por ciento respectivamente.

Efecto de maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) en asocio y monocultivos sobre factores bióticos presentes en el agro-ecosistema, crecimiento, rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra

Durante la época de primera 1996, en la finca San Diego, ubicada en el municipio de Nandaime, departamento de Granada, se llevó a cabo la siguiente investigación con el propósito de evaluar el efecto de maíz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) en asocio y monocultivos sobre la cenosis de malezas, enfermedades, dinámica poblacional de plagas e insectos benéficos, crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra, así como también evaluar cuál de los tratamientos es más económico para el productor. Las variedades utilizadas fueron para frijol DOR- 364 y para maíz NB- 6. El diseño utilizado fue un BCA (Bloques Completos al Azar) con cuatro repeticiones y siete tratamientos donde se evaluaron los dos monocultivos (maíz y frijol) y los asocios de plantas de maíz y frijol bajo cinco arreglos de siembra (según la metodología series de reemplazo) donde cada planta de los dos cultivos en estudio ocupan la misma área tanto en el monocultivo como en el asocio: Un surco de frijol y uno de maíz (F1Ml ), dos surcos de frijol y uno maíz (F2Ml ), tres surcos de frijol y uno de maíz (F3Ml ), cuatro surcos de frijol y uno de maíz (F4Ml) y un surco de frijol y dos de maíz (F1M2). Los resultados obtenidos indican que los asocios tuvieron un comportamiento variable en cuanto a la biomasa y abundancia de malezas. La mayor cobertura de malezas se encontró en los monocultivos. Los arreglos tuvieron un comportamiento variable en cuanto a la dinámica poblacional de plagas e insectos benéficos. Se presentaron dos enfermedades Mancha angular (Isariopsis griseola) y Carbón de la hoja (Entyloma petuniae), de las cuales solo la primera presenta diferencias significativas en la severidad a los 40 y 47 dds. En cuanto a la severidad los tratamientos con mayor porcentaje fueron: un surco de frijol y dos de maíz, seguido del tratamiento un surco de frijol y uno de maíz, por otro lado los de menor porcentaje fueron el frijol en monocultivo y el tratamiento de tres surcos de frijol y uno de maíz. Respecto a la incidencia de mancha angular no presentó diferencia significativa entre los tratamientos. Los mayores rendimientos de grano lo presentaron los monocultivos. En el uso equivalente de la tierra resultaron más eficientes los asocios de dos surcos de frijol y uno de maíz, tres surcos de frijol y uno de maíz y un surco de frijol y uno de maíz, los cuales presentan valores de 28, 27 y 22 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos. Los tratamientos monocultivo frijol, el de un surco de frijol y uno de maíz y cuatro surcos de frijol y uno de maíz, resultaron ser la alternativa más económica para el pequeño y mediano productor.

Efecto de arreglos de siembra de maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) en asocio y monocultivos, sobre la dinámica de las malezas, el crecimiento y rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra, Primera, 1996

En esta tesis se presentan los resultados de un experimento realizado en la época de primera 1996, en la finca experimental ''La Compañía", ubicada en el municipio de San Marcos departamento de Carazo, Nicaragua. El objetivo del experimento fue determinar el efecto de arreglos de siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) en asocio con maíz (Zea mays L) y monocultivos sobre la dinámica de las malezas, crecimiento y rendimientos de los cultivos y utilidad de la tierra. El diseño utilizado fue bloques completos al azar con cuatro repeticiones; donde se evaluaron monocultivos de maíz y frijol y los asocios de frijol y maíz bajo cinco arreglos de siembra: un surco de frijol y uno de maíz (Fl :MI), dos surcos de frijol y uno de maíz (F2:MI), tres surcos de frijol y uno de maíz (F3:Ml), cuatro surcos de frijol y uno de maíz (F4:Ml), un surco de frijol y dos de maíz (Fl:M2). Los mayores rendimientos de frijol y maíz se obtuvieron en los monocultivos, debido a que en estos se encontraban mayor número de planta cosechadas por unidad de área. Con respecto al uso equivalente de la tierra los arreglos más eficientes fueron el F4: Ml, F3: Ml y F2: Ml con valores de 43, 9 y 9 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos. En el análisis económico los tratamientos con mayor rentabilidad fueron el arreglo F4: Ml, el monocultivo de maíz y el arreglo F2:M1 con valores de 3.02, 2.56 y 2.08 por ciento. El monocultivo de maíz presentó buena rentabilidad sin embargo en utilidad de la tierra fue superado por el arreglo F4: M 1. Los arreglos de siembra maíz - frijol en asocio representan buenas alternativa económica para pequeños y medianos productores, por su buena rentabilidad control de malezas y uso equivalente de la tierra superior a los monocultivos

Producción asociada de maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) efecto sobre la cenosis, rendimiento de los cultivos y uso equivalente de la tierra

En el presente estudio se muestran los resultados de un experimento realizado con siete tratamientos, de los cuales 5 son asocios de maíz-frijol y 2 son monocultivos de maíz y frijol respectivamente. El experimento se realizó en la época de primera 1996, en la finca experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, cuyo suelo es de origen volcánico, con buenos contenidos de materia orgánica. El propósito de dicho estudio fue el determinar el efecto que tiene la siembra de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) asociado con maíz (Zea mays L.) y monocultivos sobre la dinámica de las malezas, utilidad de la tierra y rendimiento de los cultivos. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con 4 repeticiones, en el cual se evaluaron monocultivos de maíz y frijol y la asociación de maíz con frijol bajo cinco arreglos de siembra: 1 surco de frijol y 1 surco de maíz (FlMl) 2 surcos de frijol y 1 surco de maíz F2Ml), 3 surcos de frijol y 1 surco de maíz (F3Ml), cuatro surcos de frijol y 1 surco de maíz (F4Ml), 1 surco de frijol y 2 surcos de maíz (FlM2). Los resultados muestran que los asocios tuvieron mejor efecto en la reducción de la biomasa de las malezas durante el período crítico de competencia, al aprovechar el efecto de sombreo del maíz y la cobertura del frijol al cerrar calles. Los mayores rendimientos del grano lo obtuvieron los monocultivos, en el caso del frijol por tener una mayor cantidad de plantas por unidad de área, por su parte el maíz a pesar de no haber obtenido la mayor cantidad de plantas 1 ha, obtuvo el más alto rendimiento debido a que aprovechó mejor los recursos disponibles por la poca competencia intraespecifica. En lo que respecta al uso equivalente de la tierra (UET), los asocios F3Ml, F4Ml, FlMl Y FlM2 resultaron ser más eficientes que los monocultivos. Los asocios presentaron valores de 58, 36, 9 y 9 por ciento mas producción por unidad de área que los monocultivos. Los asocios también resultaron ser una opción mas económica para el productor ya que mostraron rentabilidades de: 7.58, 6.55, 5.26 y 5.13 por ciento en los asocios F3M1, F4M1, F1M1 y F1M2 respectivamente, superiores a las rentabilidades obtenidas por los monocultivos

Efecto de diferentes arreglos topológicos de maiz (Zea mays L.) y frijol común (Phaseolus vulgaris L.) sobre el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos, dinámica de las malezas y uso equivalente de la tierra

El presente estudio se estableció en terrenos de la estación experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, durante la época de postrera, comprendida entre los meses de agosto a diciembre de 1997, con el objetivo de determinar el efecto de diferentes arreglos de siembra de maíz (Zea mays L.) como cultivo principal, en asocio con frijol común (Phaseolus vulgaris L.) sobre el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos, así como estudiar la dinámica de las malezas y el uso equivalente de la tierra. Los tratamientos en estudio fueron: Tratamiento uno, maíz como cultivo puro a 80 cm entre surco; tratamiento dos, frijol como cultivo puro a 40 cm entre surco; tratamiento tres, maíz a 80 cm más un surco de leguminosa entre calle (1:1); tratamiento cuatro, maíz a doble surco (20 cm entre surco) calle ancha a 140 cm con dos surcos de leguminosas a 50 cm entre hilera; tratamiento cinco, maíz a doble surco (40 cm entre surco) calle ancha a 120 cm con dos surcos de leguminosas a 40 cm entre si. Se utilizó un diseño unifactorial en arreglo de bloques completos al azar (BCA) con cuatro repeticiones. Los resultados obtenidos indican que los asocies resultaron ser más eficientes que los monocultivos en reducir la abundancia y biomasa de las malezas, reduciendo de esta forma las necesidades de control bajo los tratamientos cuatro y tres. Los mayores rendimientos en grano de maíz se presentaron en el tratamiento tres y cuatro con 6 344.0 y 5 710.3 kg/ha respectivamente. Los rendimientos en grano de frijol fueron mayores en el monocultivo con 1 459.6 kglha en comparación con los asocies. En cuanto al uso equivalente de la tierra (UET), este fue mayor en tos asocies que en los monocultivos, presentando mayor UET el tratamiento tres seguido por el tratamiento cuatro con valores de 1.63 y 1.61 respectivamente, lo cual proporciona 63 y 61 por ciento más de producción por unidad de área que los monocultivos. Los tratamientos en asocio fueron más rentables que los monocultivos, siendo mayor en los tratamientos tres y cuatro al presentar rentabilidad de 628 y 601 por ciento respectivamente.

Asocio de maiz (Zea mays L.) y frijol (Phaseolus vulgaris L.) en diferentes proporciones. Efecto sobre la dinámica de las malezas, rendimiento de los cultivos, uso equivalente de la tierra y beneficio económico

En el presente trabajo se presentan los resultados de un experimento sembrado en la época de primera 1997, en la finca experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, en un suelo de origen volcánico, con altos contenidos de carbono orgánico. El objetivo del trabajo fue determinar el efecto de asociar maíz y frijol en diferentes proporciones y como cultivos solos, sobre el comportamiento de las malezas, rendimiento de los cultivos, uso equivalente de la tierra y benéfico económico. Se utilizó un diseño de bloque completo al azar con cuatro repeticiones en el cual se evaluaron siete tratamientos que incluyen frijol y maíz como cultivos solos, y las combinaciones de maíz/frijol bajo las proporciones 80/20, 75/25, 50/50, 40/60, y 33/67. Los resultados indican que no existió una tendencia definida que indique que los asocios tengan influencia sobre la dinámica de las malezas, sin embargo un control de malezas en el dia 21 d.d.s., fue suficiente para reducir el establecimiento de las malezas en ambos cultivos. Los componentes del rendimiento del maíz se vieron afectados por los tratamientos, siendo e1 maíz como cultivo solo el tratamiento que presento menores valores promedio en la mayoría de dichos componentes. Los asocios fueron más eficientes en el uso de la tierra que los cultivos solos. La combinación de poblaciones de plantas 50/50 (50 por ciento de maíz y 50 por ciento de frijol) y 33/67 (33 por ciento de maíz y 67 por ciento de frijol) rinden los mejores resultados en cuanto a aprovechamiento de la tierra. Los asocios fueron más rentables que el maíz como cultivo solo. El mejor tratamiento desde el punto de vista económico fue la proporción 33/67 (33 por ciento de maíz y 67 por ciento de fríjol) ya que permite buena eficiencia en el uso de la tierra y presenta la mejor tasa de retorno marginal. El sistema de asocio resultó ser un componente valioso a ser tomado en cuenta en programa de manejo integrado de la producción en ambos cultivos, ya que reduce la necesidad de controles de malezas, permite un uso mas eficiente de la tierra y ayuda a la diversificación de la producción.

Siembra asociada de frijol (Phaseolus vulgaris L.) y maiz (Zea mays L.) y cultivos solos. Efecto sobre el rendimiento, uso equivalente de la tierra y beneficio neto

En el presente estudio se presentan los resultados de un experimento realizado en el mes de junio de 1997 en la finca experimental La Compañia, municipio de San Marcos, Carazo. En él se evaluaron siete tratamientos, cinco de los cuales incluían diferentes arreglos de siembra de maíz y frijol en asocio y dos tratamientos que incluían los cultivos mencionados como cultivos solos. El suelo de la finca experimental es de origen volcánico, con buenos contenidos de materia orgánica. El propósito de éste estudio fué determinar el efecto de la siembra asociada de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) con maíz (Zea mays L.) y la siembra de cultivos solos, sobre la dinámica de las malezas, rendimiento de los cultivos, uso equivalente de la tierra y beneficcio neto. Se utilizó W1 disefio de bloques completos al azar con 4 repeticiones, en el cual se evaluaron maíz y frijol como cultivos solos y la siembra asociada de maíz y frijol bajo cinco arreglos de siembra: 1 surco de frijol y 1 surco de maíz (FlMl), 1 surco de frijol y 2 surcos de maíz (FlM2), 2 surcos de frijol y 1 surco de maíz FlMl), 3 surcos de frijol y 1 surco de maíz (F3MI), cuatro surcos de frijol y 1 surco de maíz (F4MI). Los resultados no muestran una clara tendencia de parte de las siembras asociadas en la reducción de la abundancia y biomasa de las malezas. Los mayores rendimientos del grano lo obtuvieron los cultivos solos. En lo que respecta al uso equivalente de la tierra (UET), los asocios resultaron ser más eficientes que los monocultivos. Los aheglos F2Ml, FlMl, F4Ml, F3Ml y FIM2 presentaron los mayores valores. El análisis económico mostró que el arreglo F2Ml fue el que obtuvo los mayores costos variables totales y • también el mayor beneficio neto. El tratamiento con mayor tasa de retorno marginal fué el arreglo F2M1.