Contribution to the quality improvement of the antenna measurement using post-processing techniques = Contribución a la mejora de la calidad de medida de antena usando técnicas de post-procesado

One important task in the design of an antenna is to carry out an analysis to find out the characteristics of the antenna that best fulfills the specifications fixed by the application. After that, a prototype is manufactured and the next stage in design process is to check if the radiation pattern differs from the designed one. Besides the radiation pattern, other radiation parameters like directivity, gain, impedance, beamwidth, efficiency, polarization, etc. must be also evaluated. For this purpose, accurate antenna measurement techniques are needed in order to know exactly the actual electromagnetic behavior of the antenna under test. Due to this fact, most of the measurements are performed in anechoic chambers, which are closed areas, normally shielded, covered by electromagnetic absorbing material, that simulate free space propagation conditions, due to the absorption of the radiation absorbing material. Moreover, these facilities can be employed independently of the weather conditions and allow measurements free from interferences. Despite all the advantages of the anechoic chambers, the results obtained both from far-field measurements and near-field measurements are inevitably affected by errors. Thus, the main objective of this Thesis is to propose algorithms to improve the quality of the results obtained in antenna measurements by using post-processing techniques and without requiring additional measurements. First, a deep revision work of the state of the art has been made in order to give a general vision of the possibilities to characterize or to reduce the effects of errors in antenna measurements. Later, new methods to reduce the unwanted effects of four of the most commons errors in antenna measurements are described and theoretical and numerically validated. The basis of all them is the same, to perform a transformation from the measurement surface to another domain where there is enough information to easily remove the contribution of the errors. The four errors analyzed are noise, reflections, truncation errors and leakage and the tools used to suppress them are mainly source reconstruction techniques, spatial and modal filtering and iterative algorithms to extrapolate functions. Therefore, the main idea of all the methods is to modify the classical near-field-to-far-field transformations by including additional steps with which errors can be greatly suppressed. Moreover, the proposed methods are not computationally complex and, because they are applied in post-processing, additional measurements are not required. The noise is the most widely studied error in this Thesis, proposing a total of three alternatives to filter out an important noise contribution before obtaining the far-field pattern. The first one is based on a modal filtering. The second alternative uses a source reconstruction technique to obtain the extreme near-field where it is possible to apply a spatial filtering. The last one is to back-propagate the measured field to a surface with the same geometry than the measurement surface but closer to the AUT and then to apply also a spatial filtering. All the alternatives are analyzed in the three most common near-field systems, including comprehensive noise statistical analyses in order to deduce the signal-to-noise ratio improvement achieved in each case. The method to suppress reflections in antenna measurements is also based on a source reconstruction technique and the main idea is to reconstruct the field over a surface larger than the antenna aperture in order to be able to identify and later suppress the virtual sources related to the reflective waves. The truncation error presents in the results obtained from planar, cylindrical and partial spherical near-field measurements is the third error analyzed in this Thesis. The method to reduce this error is based on an iterative algorithm to extrapolate the reliable region of the far-field pattern from the knowledge of the field distribution on the AUT plane. The proper termination point of this iterative algorithm as well as other critical aspects of the method are also studied. The last part of this work is dedicated to the detection and suppression of the two most common leakage sources in antenna measurements. A first method tries to estimate the leakage bias constant added by the receiver’s quadrature detector to every near-field data and then suppress its effect on the far-field pattern. The second method can be divided into two parts; the first one to find the position of the faulty component that radiates or receives unwanted radiation, making easier its identification within the measurement environment and its later substitution; and the second part of this method is able to computationally remove the leakage effect without requiring the substitution of the faulty component. Resumen Una tarea importante en el diseño de una antena es llevar a cabo un análisis para averiguar las características de la antena que mejor cumple las especificaciones fijadas por la aplicación. Después de esto, se fabrica un prototipo de la antena y el siguiente paso en el proceso de diseño es comprobar si el patrón de radiación difiere del diseñado. Además del patrón de radiación, otros parámetros de radiación como la directividad, la ganancia, impedancia, ancho de haz, eficiencia, polarización, etc. deben ser también evaluados. Para lograr este propósito, se necesitan técnicas de medida de antenas muy precisas con el fin de saber exactamente el comportamiento electromagnético real de la antena bajo prueba. Debido a esto, la mayoría de las medidas se realizan en cámaras anecoicas, que son áreas cerradas, normalmente revestidas, cubiertas con material absorbente electromagnético. Además, estas instalaciones se pueden emplear independientemente de las condiciones climatológicas y permiten realizar medidas libres de interferencias. A pesar de todas las ventajas de las cámaras anecoicas, los resultados obtenidos tanto en medidas en campo lejano como en medidas en campo próximo están inevitablemente afectados por errores. Así, el principal objetivo de esta Tesis es proponer algoritmos para mejorar la calidad de los resultados obtenidos en medida de antenas mediante el uso de técnicas de post-procesado. Primeramente, se ha realizado un profundo trabajo de revisión del estado del arte con el fin de dar una visión general de las posibilidades para caracterizar o reducir los efectos de errores en medida de antenas. Después, se han descrito y validado tanto teórica como numéricamente nuevos métodos para reducir el efecto indeseado de cuatro de los errores más comunes en medida de antenas. La base de todos ellos es la misma, realizar una transformación de la superficie de medida a otro dominio donde hay suficiente información para eliminar fácilmente la contribución de los errores. Los cuatro errores analizados son ruido, reflexiones, errores de truncamiento y leakage y las herramientas usadas para suprimirlos son principalmente técnicas de reconstrucción de fuentes, filtrado espacial y modal y algoritmos iterativos para extrapolar funciones. Por lo tanto, la principal idea de todos los métodos es modificar las transformaciones clásicas de campo cercano a campo lejano incluyendo pasos adicionales con los que los errores pueden ser enormemente suprimidos. Además, los métodos propuestos no son computacionalmente complejos y dado que se aplican en post-procesado, no se necesitan medidas adicionales. El ruido es el error más ampliamente estudiado en esta Tesis, proponiéndose un total de tres alternativas para filtrar una importante contribución de ruido antes de obtener el patrón de campo lejano. La primera está basada en un filtrado modal. La segunda alternativa usa una técnica de reconstrucción de fuentes para obtener el campo sobre el plano de la antena donde es posible aplicar un filtrado espacial. La última es propagar el campo medido a una superficie con la misma geometría que la superficie de medida pero más próxima a la antena y luego aplicar también un filtrado espacial. Todas las alternativas han sido analizadas en los sistemas de campo próximos más comunes, incluyendo detallados análisis estadísticos del ruido con el fin de deducir la mejora de la relación señal a ruido lograda en cada caso. El método para suprimir reflexiones en medida de antenas está también basado en una técnica de reconstrucción de fuentes y la principal idea es reconstruir el campo sobre una superficie mayor que la apertura de la antena con el fin de ser capaces de identificar y después suprimir fuentes virtuales relacionadas con las ondas reflejadas. El error de truncamiento que aparece en los resultados obtenidos a partir de medidas en un plano, cilindro o en la porción de una esfera es el tercer error analizado en esta Tesis. El método para reducir este error está basado en un algoritmo iterativo para extrapolar la región fiable del patrón de campo lejano a partir de información de la distribución del campo sobre el plano de la antena. Además, se ha estudiado el punto apropiado de terminación de este algoritmo iterativo así como otros aspectos críticos del método. La última parte de este trabajo está dedicado a la detección y supresión de dos de las fuentes de leakage más comunes en medida de antenas. El primer método intenta realizar una estimación de la constante de fuga del leakage añadido por el detector en cuadratura del receptor a todos los datos en campo próximo y después suprimir su efecto en el patrón de campo lejano. El segundo método se puede dividir en dos partes; la primera de ellas para encontrar la posición de elementos defectuosos que radian o reciben radiación indeseada, haciendo más fácil su identificación dentro del entorno de medida y su posterior substitución. La segunda parte del método es capaz de eliminar computacionalmente el efector del leakage sin necesidad de la substitución del elemento defectuoso.

Magneto-optic current sensor with Faraday mirror for linear birefringence compensation

Fiber optic sensors have some advantages in subjects related with electrical current and magnetic field measurement. In spite of the optical fiber utilization advantages we have to take into account undesirable effects, which are present in real non-ideal optical fibers. In telecommunication and sensor application fields the presence of inherent and induced birefringence is crucial. The presence of birefringence may cause an undesirable change in the polarization state. In order to compensate the linear birefringence a promising method has been chosen. This method employs orthogonal polarization conjugation in the back propagation direction of the light wave in the fiber. A study and a simulation of an experimental setup are realized with the advantage of a significant sensitivity improvement.

1000x shadow-free mirror-based Köhler concentrator

A new design for a photovoltaic concentrator, the most recent advance based on the Kohler concept, is presented. The system is mirror-based, and with geometry that guaranties a maximum sunlight collection area (without shadows, like those caused by secondary stages or receivers and heat-sinks in other mirror-based systems). Designed for a concentration of 1000x, this off axis system combines both good acceptance angle and good irradiance uniformity on the solar cell. The advanced performance features (concentration-acceptance products ?CAP- about 0.73 and affordable peak and average irradiances) are achieved through the combination of four reflective folds combined with four refractive surfaces, all of them free-form, performing Köhler integration 2 . In Köhler devices, the irradiance uniformity is not achieved through additional optical stages (TIR prisms), thus no complex/expensive elements to manufacture are required. The rim angle and geometry are such that the secondary stage and receivers are hidden below the primary mirrors, so maximum collection is assured. The entire system was designed to allow loose assembly/alignment tolerances (through high acceptance angle) and to be manufactured using already well-developed methods for mass production, with high potential for low cost. The optical surfaces for Köhler integration, although with a quite different optical behavior, have approximately the same dimensions and can be manufactured with the same techniques as the more traditional secondary optical elements used for concentration (typically plastic injection molding or glass molding).

Practical Characterization of Input-Parallel-Connected Converters with a Common Input Filter

The paper presents a method to analyze robust stability and transient performance of a distributed power system consisting of commercial converter modules interconnected through a common input filter. The method is based on the use of four transfer functions, which are measurable from the converter input and output terminals. It is shown that these parameters provide important information on the power module sensitivity to the interactions caused by the external impedances. Practical characterization for the described system structure is performed introducing special transfer functions utilized for the interactions assessment. Experimental results are provided to support the presented analysis procedure.

Analysis and optimized design of a distributed multi-stage EMC filter for an interleaved three-phase PWM-rectifier system for aircraft applications

Different possible input filter configurations for a modular three-phase PWM rectifier system consisting of three interleaved converter cells are studied. The system is designed for an aircraft application where MIL-STD-461E conducted EMI standards have to be met and system weight is a critical design issue. The importance of a LISN model on the simulated noise levels and the effect of interleaving and power unbalance between the different converter modules is discussed. The effect of the number of filter stages and the degree of distribution of the filter stages among the individual converter modules on the weight and losses of the input filter is studied and optimal filter structures are proposed.

Hardware-Based Particle Filter with Evolutionary Resampling Stage

Autonomous systems require, in most of the cases, reasoning and decision-making capabilities. Moreover, the decision process has to occur in real time. Real-time computing means that every situation or event has to have an answer before a temporal deadline. In complex applications, these deadlines are usually in the order of milliseconds or even microseconds if the application is very demanding. In order to comply with these timing requirements, computing tasks have to be performed as fast as possible. The problem arises when computations are no longer simple, but very time-consuming operations. A good example can be found in autonomous navigation systems with visual-tracking submodules where Kalman filtering is the most extended solution. However, in recent years, some interesting new approaches have been developed. Particle filtering, given its more general problem-solving features, has reached an important position in the field. The aim of this thesis is to design, implement and validate a hardware platform that constitutes itself an embedded intelligent system. The proposed system would combine particle filtering and evolutionary computation algorithms to generate intelligent behavior. Traditional approaches to particle filtering or evolutionary computation have been developed in software platforms, including parallel capabilities to some extent. In this work, an additional goal is fully exploiting hardware implementation advantages. By using the computational resources available in a FPGA device, better performance results in terms of computation time are expected. These hardware resources will be in charge of extensive repetitive computations. With this hardware-based implementation, real-time features are also expected.

Free-form optical systems for nonimaging applications : Sistemas ópticos anamórficos para aplicaciones anidólicas

La óptica anidólica es una rama de la óptica cuyo desarrollo comenzó a mediados de la década de 1960. Este relativamente nuevo campo de la óptica se centra en la transferencia eficiente de la luz, algo necesario en muchas aplicaciones, entre las que destacamos los concentradores solares y los sistemas de iluminación. Las soluciones de la óptica clásica a los problemas de la transferencia de energía de la luz sólo son adecuadas cuando los rayos de luz son paraxiales. La condición paraxial no se cumple en la mayoría de las aplicaciones para concentración e iluminación. Esta tesis contiene varios diseños free-form (aquellos que no presentan ninguna simetría, ni de rotación ni lineal) cuyas aplicaciones van destinadas a estos dos campos. El término nonimaging viene del hecho de que estos sistemas ópticos no necesitan formar una imagen del objeto, aunque no formar la imagen no es una condición necesaria. Otra palabra que se utiliza a veces en lugar de nonimaging es la palabra anidólico, viene del griego "an+eidolon" y tiene el mismo significado. La mayoría de los sistemas ópticos diseñados para aplicaciones anidólicas no presentan ninguna simetría, es decir, son free-form (anamórficos). Los sistemas ópticos free-form están siendo especialmente relevantes durante los últimos años gracias al desarrollo de las herramientas para su fabricación como máquinas de moldeo por inyección y el mecanizado multieje. Sin embargo, solo recientemente se han desarrollado técnicas de diseño anidólicas capaces de cumplir con estos grados de libertad. En aplicaciones de iluminación el método SMS3D permite diseñar dos superficies free-form para controlar las fuentes de luz extensas. En los casos en que se requiere una elevada asimetría de la fuente, el objeto o las restricciones volumétricos, las superficies free-form permiten obtener soluciones de mayor eficiencia, o disponer de menos elementos en comparación con las soluciones de simetría de rotación, dado que las superficies free-form tienen más grados de libertad y pueden realizar múltiples funciones debido a su naturaleza anamórfica. Los concentradores anidólicos son muy adecuados para la captación de energía solar, ya que el objetivo no es la reproducción de una imagen exacta del sol, sino sencillamente la captura de su energía. En este momento, el campo de la concentración fotovoltaica (CPV) tiende hacia sistemas de alta concentración con el fin de compensar el gasto de las células solares multi-unión (MJ) utilizadas como receptores, reduciendo su área. El interés en el uso de células MJ radica en su alta eficiencia de conversión. Para obtener sistemas competitivos en aplicaciones terrestres se recurre a sistemas fotovoltaicos de alta concentración (HCPV), con factores de concentración geométrica por encima de 500x. Estos sistemas se componen de dos (o más) elementos ópticos (espejos y/o lentes). En los sistemas presentados a lo largo de este trabajo se presentan ejemplos de concentradores HCPV con elementos reflexivos como etapa primaria, así como concentradores con elementos refractivos (lente de Fresnel). Con la necesidad de aumentar la eficiencia de los sistemas HCPV reales y con el fin de proporcionar la división más eficiente del espectro solar, células conteniendo cuatro o más uniones (con un potencial de alcanzar eficiencias de más del 45% a una concentración de cientos de soles) se exploran hoy en día. En esta tesis se presenta una de las posibles arquitecturas de división del espectro (spectrum-splitting en la literatura anglosajona) que utilizan células de concentración comercial. Otro campo de aplicación de la óptica nonimaging es la iluminación, donde es necesario proporcionar un patrón de distribución de la iluminación específico. La iluminación de estado sólido (SSL), basada en la electroluminiscencia de materiales semiconductores, está proporcionando fuentes de luz para aplicaciones de iluminación general. En la última década, los diodos emisores de luz (LED) de alto brillo han comenzado a reemplazar a las fuentes de luz convencionales debido a la superioridad en la calidad de la luz emitida, elevado tiempo de vida, compacidad y ahorro de energía. Los colimadores utilizados con LEDs deben cumplir con requisitos tales como tener una alta eficiencia, un alto control del haz de luz, una mezcla de color espacial y una gran compacidad. Presentamos un colimador de luz free-form con microestructuras capaz de conseguir buena colimación y buena mezcla de colores con una fuente de LED RGGB. Una buena mezcla de luz es importante no sólo para simplificar el diseño óptico de la luminaria sino también para evitar hacer binning de los chips. La mezcla de luz óptica puede reducir los costes al evitar la modulación por ancho de pulso y otras soluciones electrónicas patentadas para regulación y ajuste de color. Esta tesis consta de cuatro capítulos. Los capítulos que contienen la obra original de esta tesis son precedidos por un capítulo introductorio donde se presentan los conceptos y definiciones básicas de la óptica geométrica y en el cual se engloba la óptica nonimaging. Contiene principios de la óptica no formadora de imagen junto con la descripción de sus problemas y métodos de diseño. Asimismo se describe el método de Superficies Múltiples Simultáneas (SMS), que destaca por su versatilidad y capacidad de controlar varios haces de rayos. Adicionalmente también se describe la integración Köhler y sus aplicaciones en el campo de la energía fotovoltaica. La concentración fotovoltaica y la iluminación de estado sólido son introducidas junto con la revisión de su estado actual. El Segundo y Tercer Capítulo contienen diseños ópticos avanzados con aplicación en la concentración solar principalmente, mientras que el Cuarto Capítulo describe el colimador free-form con surcos que presenta buena mezcla de colores para aplicaciones de iluminación. El Segundo Capítulo describe dos concentradores ópticos HCPV diseñados con el método SMS en tres dimensiones (SMS3D) que llevan a cabo integración Köhler en dos direcciones con el fin de proporcionar una distribución de irradiancia uniforme libre de aberraciones cromáticas sobre la célula solar. Uno de los diseños es el concentrador XXR free-form diseñado con el método SMS3D, donde el espejo primario (X) y la lente secundaria (R) se dividen en cuatro sectores simétricos y llevan a cabo la integración Köhler (proporcionando cuatro unidades del array Köhler), mientras que el espejo intermedio (X) presenta simetría rotacional. Otro concentrador HCPV presentado es el Fresnel-RXI (FRXI) con una lente de Fresnel funcionando como elemento primario (POE) y una lente RXI como elemento óptico secundario (SOE), que presenta configuración 4-fold con el fin de realizar la integración Köhler. Las lentes RXI son dispositivos nonimaging conocidos, pero su aplicación como elemento secundario es novedosa. Los concentradores XXR y FRXI Köhler son ejemplos académicos de muy alta concentración (más de 2,000x, mientras que los sistemas convencionales hoy en día no suelen llegar a 1,000x) preparados para las células solares N-unión (con N>3), que probablemente requerirán una mayor concentración y alta uniformidad espectral de irradiancia con el fin de obtener sistemas CPV terrestres eficientes y rentables. Ambos concentradores están diseñados maximizando funciones de mérito como la eficiencia óptica, el producto concentración-aceptancia (CAP) y la uniformidad de irradiancia sobre la célula libre de la aberración cromática (integración Köhler). El Tercer Capítulo presenta una arquitectura para la división del espectro solar basada en un módulo HCPV con alta concentración (500x) y ángulo de aceptancia alto (>1º) que tiene por objeto reducir ambas fuentes de pérdidas de las células triple unión (3J) comerciales: el uso eficiente del espectro solar y la luz reflejada de los contactos metálicos y de la superficie de semiconductor. El módulo para la división del espectro utiliza el espectro solar más eficiente debido a la combinación de una alta eficiencia de una célula de concentración 3J (GaInP/GaInAs/Ge) y una de contacto posterior (BPC) de concentración de silicio (Si), así como la técnica de confinamiento externo para la recuperación de la luz reflejada por la célula 3J con el fin de ser reabsorbida por la célula. En la arquitectura propuesta, la célula 3J opera con su ganancia de corriente optimizada (concentración geométrica de 500x), mientras que la célula de silicio trabaja cerca de su óptimo también (135x). El módulo de spectrum-splitting consta de una lente de Fresnel plana como POE y un concentrador RXI free-form como SOE con un filtro paso-banda integrado en él. Tanto POE como SOE realizan la integración Köhler para producir homogeneización de luz sobre la célula. El filtro paso banda envía los fotones IR en la banda 900-1,150nm a la célula de silicio. Hay varios aspectos prácticos de la arquitectura del módulo presentado que ayudan a reducir la complejidad de los sistemas spectrum-splitting (el filtro y el secundario forman una sola pieza sólida, ambas células son coplanarias simplificándose el cableado y la disipación de calor, etc.). Prototipos prueba-de-concepto han sido ensamblados y probados a fin de demostrar la fabricabilidad del filtro y su rendimiento cuando se combina con la técnica de reciclaje de luz externa. Los resultados obtenidos se ajustan bastante bien a los modelos y a las simulaciones e invitan al desarrollo de una versión más compleja de este prototipo en el futuro. Dos colimadores sólidos con surcos free-form se presentan en el Cuarto Capítulo. Ambos diseños ópticos están diseñados originalmente usando el método SMS3D. La segunda superficie ópticamente activa está diseñada a posteriori como una superficie con surcos. El diseño inicial de dos espejos (XX) está diseñado como prueba de concepto. En segundo lugar, el diseño RXI free-form es comparable con los colimadores RXI existentes. Se trata de un diseño muy compacto y eficiente que proporciona una muy buena mezcla de colores cuando funciona con LEDs RGB fuera del eje óptico como en los RGB LEDs convencionales. Estos dos diseños son dispositivos free-form diseñados con la intención de mejorar las propiedades de mezcla de colores de los dispositivos no aplanáticos RXI con simetría de revolución y la eficiencia de los aplanáticos, logrando una buena colimación y una buena mezcla de colores. La capacidad de mezcla de colores del dispositivo no-aplanático mejora añadiendo características de un aplanático a su homólogo simétrico sin pérdida de eficiencia. En el caso del diseño basado en RXI, su gran ventaja consiste en su menor coste de fabricación ya que el proceso de metalización puede evitarse. Aunque algunos de los componentes presentan formas muy complejas, los costes de fabricación son relativamente insensibles a la complejidad del molde, especialmente en el caso de la producción en masa (tales como inyección de plástico), ya que el coste del molde se reparte entre todas las piezas fabricadas. Por último, las últimas dos secciones son las conclusiones y futuras líneas de investigación. ABSTRACT Nonimaging optics is a branch of optics whose development began in the mid-1960s. This rather new field of optics focuses on the efficient light transfer necessary in many applications, among which we highlight solar concentrators and illumination systems. The classical optics solutions to the problems of light energy transfer are only appropriate when the light rays are paraxial. The paraxial condition is not met in most applications for the concentration and illumination. This thesis explores several free-form designs (with neither rotational nor linear symmetry) whose applications are intended to cover the above mentioned areas and more. The term nonimaging comes from the fact that these optical systems do not need to form an image of the object, although it is not a necessary condition not to form an image. Another word sometimes used instead of nonimaging is anidolic, and it comes from the Greek “an+eidolon” and has the same meaning. Most of the optical systems designed for nonimaging applications are without any symmetry, i.e. free-form. Free-form optical systems become especially relevant lately with the evolution of free-form tooling (injection molding machines, multi-axis machining techniques, etc.). Nevertheless, only recently there are nonimaging design techniques that are able to meet these degrees of freedom. In illumination applications, the SMS3D method allows designing two free-form surfaces to control very well extended sources. In cases when source, target or volumetric constrains have very asymmetric requirements free-form surfaces are offering solutions with higher efficiency or with fewer elements in comparison with rotationally symmetric solutions, as free-forms have more degrees of freedom and they can perform multiple functions due to their free-form nature. Anidolic concentrators are well suited for the collection of solar energy, because the goal is not the reproduction of an exact image of the sun, but instead the collection of its energy. At this time, Concentration Photovoltaics (CPV) field is turning to high concentration systems in order to compensate the expense of multi-junction (MJ) solar cells used as receivers by reducing its area. Interest in the use of MJ cells lies in their very high conversion efficiency. High Concentration Photovoltaic systems (HCPV) with geometric concentration of more than 500x are required in order to have competitive systems in terrestrial applications. These systems comprise two (or more) optical elements, mirrors and/or lenses. Systems presented in this thesis encompass both main types of HCPV architectures: concentrators with primary reflective element and concentrators with primary refractive element (Fresnel lens). Demand for the efficiency increase of the actual HCPV systems as well as feasible more efficient partitioning of the solar spectrum, leads to exploration of four or more junction solar cells or submodules. They have a potential of reaching over 45% efficiency at concentration of hundreds of suns. One possible architectures of spectrum splitting module using commercial concentration cells is presented in this thesis. Another field of application of nonimaging optics is illumination, where a specific illuminance distribution pattern is required. The Solid State Lighting (SSL) based on semiconductor electroluminescence provides light sources for general illumination applications. In the last decade high-brightness Light Emitting Diodes (LEDs) started replacing conventional light sources due to their superior output light quality, unsurpassed lifetime, compactness and energy savings. Collimators used with LEDs have to meet requirements like high efficiency, high beam control, color and position mixing, as well as a high compactness. We present a free-form collimator with microstructures that performs good collimation and good color mixing with RGGB LED source. Good light mixing is important not only for simplifying luminaire optical design but also for avoiding die binning. Optical light mixing may reduce costs by avoiding pulse-width modulation and other patented electronic solutions for dimming and color tuning. This thesis comprises four chapters. Chapters containing the original work of this thesis are preceded by the introductory chapter that addresses basic concepts and definitions of geometrical optics on which nonimaging is developed. It contains fundamentals of nonimaging optics together with the description of its design problems, principles and methods, and with the Simultaneous Multiple Surface (SMS) method standing out for its versatility and ability to control several bundles of rays. Köhler integration and its applications in the field of photovoltaics are described as well. CPV and SSL fields are introduced together with the review on their background and their current status. Chapter 2 and Chapter 3 contain advanced optical designs with primarily application in solar concentration; meanwhile Chapter 4 portrays the free-form V-groove collimator with good color mixing property for illumination application. Chapter 2 describes two HCPV optical concentrators designed with the SMS method in three dimensions (SMS3D). Both concentrators represent Köhler integrator arrays that provide uniform irradiance distribution free from chromatic aberrations on the solar cell. One of the systems is the XXR free-form concentrator designed with the SMS3D method. The primary mirror (X) of this concentrator and secondary lens (R) are divided in four symmetric sectors (folds) that perform Köhler integration; meanwhile the intermediate mirror (X) is rotationally symmetric. Second HCPV concentrator is the Fresnel-RXI (FRXI) with flat Fresnel lens as the Primary Optical Element (POE) and an RXI lens as the Secondary Optical Element (SOE). This architecture manifests 4-fold configuration for performing Köhler integration (4 array units), as well. The RXI lenses are well-known nonimaging devices, but their application as SOE is novel. Both XXR and FRXI Köhler HCPV concentrators are academic examples of very high concentration (more than 2,000x meanwhile conventional systems nowadays have up to 1,000x) prepared for the near future N-junction (N>3) solar cells. In order to have efficient and cost-effective terrestrial CPV systems, those cells will probably require higher concentrations and high spectral irradiance uniformity. Both concentrators are designed by maximizing merit functions: the optical efficiency, concentration-acceptance angle (CAP) and cell-irradiance uniformity free from chromatic aberrations (Köhler integration). Chapter 3 presents the spectrum splitting architecture based on a HCPV module with high concentration (500x) and high acceptance angle (>1º). This module aims to reduce both sources of losses of the actual commercial triple-junction (3J) solar cells with more efficient use of the solar spectrum and with recovering the light reflected from the 3J cells’ grid lines and semiconductor surface. The solar spectrum is used more efficiently due to the combination of a high efficiency 3J concentration cell (GaInP/GaInAs/Ge) and external Back-Point-Contact (BPC) concentration silicon (Si) cell. By employing external confinement techniques, the 3J cell’s reflections are recovered in order to be re-absorbed by the cell. In the proposed concentrator architecture, the 3J cell operates at its optimized current gain (at geometrical concentration of 500x), while the Si cell works near its optimum, as well (135x). The spectrum splitting module consists of a flat Fresnel lens (as the POE), and a free-form RXI-type concentrator with a band-pass filter embedded in it (as the SOE), both POE and SOE performing Köhler integration to produce light homogenization. The band-pass filter sends the IR photons in the 900-1,150nm band to the Si cell. There are several practical aspects of presented module architecture that help reducing the added complexity of the beam splitting systems: the filter and secondary are forming a single solid piece, both cells are coplanar so the heat management and wiring is simplified, etc. Two proof-of-concept prototypes are assembled and tested in order to prove filter manufacturability and performance, as well as the potential of external light recycling technique. Obtained measurement results agree quite well with models and simulations, and show an opened path to manufacturing of the Fresnel RXI-type secondary concentrator with spectrum splitting strategy. Two free-form solid V-groove collimators are presented in Chapter 4. Both free-form collimators are originally designed with the SMS3D method. The second mirrored optically active surface is converted in a grooved surface a posteriori. Initial two mirror (XX) design is presented as a proof-of-concept. Second, RXI free-form design is comparable with existing RXI collimators as it is a highly compact and a highly efficient design. It performs very good color mixing of the RGGB LED sources placed off-axis like in conventional RGB LEDs. Collimators described here improve color mixing property of the prior art rotationally symmetric no-aplanatic RXI devices, and the efficiency of the aplanatic ones, accomplishing both good collimation and good color mixing. Free-form V-groove collimators enhance the no-aplanatic device's blending capabilities by adding aplanatic features to its symmetric counterpart with no loss in efficiency. Big advantage of the RXI design is its potentially lower manufacturing cost, since the process of metallization may be avoided. Although some components are very complicated for shaping, the manufacturing costs are relatively insensitive to the complexity of the mold especially in the case of mass production (such as plastic injection), as the cost of the mold is spread in many parts. Finally, last two sections are conclusions and future lines of investigation.

3D Frangi-based lung vessel enhancement filter penalizing airways

This paper describes a fully automatic simultaneous lung vessel and airway enhancement filter. The approach consists of a Frangi-based multiscale vessel enhancement filtering specifically designed for lung vessel and airway detection, where arteries and veins have high contrast with respect to the lung parenchyma, and airway walls are hollow tubular structures with a non negative response using the classical Frangi's filter. The features extracted from the Hessian matrix are used to detect centerlines and approximate walls of airways, decreasing the filter response in those areas by applying a penalty function to the vesselness measure. We validate the segmentation method in 20 CT scans with different pathological states within the VESSEL12 challenge framework. Results indicate that our approach obtains good results, decreasing the number of false positives in airway walls.

Adaptive spatio-temporal filter for low-cost camera depth maps

In this paper we present an adaptive spatio-temporal filter that aims to improve low-cost depth camera accuracy and stability over time. The proposed system is composed by three blocks that are used to build a reliable depth map of static scenes. An adaptive joint-bilateral filter is used to obtain consistent depth maps by jointly considering depth and video information and by adapting its parameters to different levels of estimated noise. Kalman filters are used to reduce the temporal random fluctuations of the measurements. Finally an interpolation algorithm is used to obtain consistent depth maps in the regions where the depth information is not available. Results show that this approach allows to considerably improve the depth maps quality by considering spatio-temporal information and by adapting its parameters to different levels of noise.

Design of a Two-Phase buck converter with fourth-order output filter for envelope amplifiers of limited bandwidth

The use of techniques such as envelope tracking (ET) and envelope elimination and restoration (EER) can improve the efficiency of radio frequency power amplifiers (RFPA). In both cases, high-bandwidth DC/DC converters called envelope amplifiers (EA) are used to modulate the supply voltage of the RFPA. This paper addresses the analysis and design of a modified two-phase Buck converter optimized to operate as EA. The effects of multiphase operation on the tracking capabilities are analyzed. The use of a fourth-order output filter is proposed to increase the attenuation of the harmonics generated by the PWM operation, thus allowing a reduction of the ratio between the switching frequency and the converter bandwidth. The design of the output filter is addressed considering envelope tracking accuracy and distortion caused by the side bands arising from the nonlinear modulation process. Finally, the proposed analysis and design methods are supported by simulation results, as well as demonstrated by experiments obtained using two 100-W, 10-MHz, two-phase Buck EAs capable of accurately tracking a 1.5-MHz bandwidth OFDM signal.

Design and optimization of optical, fiber based PSK demodulators for high-bit-rate optical networks

El objetivo principal de esta tesis ha sido el diseño y la optimización de receptores implementados con fibra óptica, para ser usados en redes ópticas de alta velocidad que empleen formatos de modulación de fase. En los últimos años, los formatos de modulación de fase (Phase Shift keying, PSK) han captado gran atención debido a la mejora de sus prestaciones respecto a los formatos de modulación convencionales. Principalmente, presentan una mejora de la eficiencia espectral y una mayor tolerancia a la degradación de la señal causada por la dispersión cromática, la dispersión por modo de polarización y los efectos no-lineales en la fibra óptica. En este trabajo, se analizan en detalle los formatos PSK, incluyendo sus variantes de modulación de fase diferencial (Differential Phase Shift Keying, DPSK), en cuadratura (Differential Quadrature Phase Shift Keying, DQPSK) y multiplexación en polarización (Polarization Multiplexing Differential Quadrature Phase Shift Keying, PM-DQPSK), con la finalidad de diseñar y optimizar los receptores que permita su demodulación. Para ello, se han analizado y desarrollado nuevas estructuras que ofrecen una mejora en las prestaciones del receptor y una reducción de coste comparadas con las actualmente disponibles. Para la demodulación de señales DPSK, en esta tesis, se proponen dos nuevos receptores basados en un interferómetro en línea Mach-Zehnder (MZI) implementado con tecnología todo-fibra. El principio de funcionamiento de los MZI todo-fibra propuestos se asienta en la interferencia modal que se produce en una fibra multimodo (MMF) cuando se situada entre dos monomodo (SMF). Este tipo de configuración (monomodo-multimodo-monomodo, SMS) presenta un buen ratio de extinción interferente si la potencia acoplada en la fibra multimodo se reparte, principal y equitativamente, entre dos modos dominantes. Con este objetivo, se han estudiado y demostrado tanto teórica como experimentalmente dos nuevas estructuras SMS que mejoran el ratio de extinción. Una de las propuestas se basa en emplear una fibra multimodo de índice gradual cuyo perfil del índice de refracción presenta un hundimiento en su zona central. La otra consiste en una estructura SMS con las fibras desalineadas y donde la fibra multimodo es una fibra de índice gradual convencional. Para las dos estructuras, mediante el análisis teórico desarrollado, se ha demostrado que el 80 – 90% de la potencia de entrada se acopla a los dos modos dominantes de la fibra multimodo y se consigue una diferencia inferior al 10% entre ellos. También se ha demostrado experimentalmente que se puede obtener un ratio de extinción de al menos 12 dB. Con el objeto de demostrar la capacidad de estas estructuras para ser empleadas como demoduladores de señales DPSK, se han realizado numerosas simulaciones de un sistema de transmisión óptico completo y se ha analizado la calidad del receptor bajo diferentes perspectivas, tales como la sensibilidad, la tolerancia a un filtrado óptico severo o la tolerancia a las dispersiones cromática y por modo de polarización. En todos los casos se ha concluido que los receptores propuestos presentan rendimientos comparables a los obtenidos con receptores convencionales. En esta tesis, también se presenta un diseño alternativo para la implementación de un receptor DQPSK, basado en el uso de una fibra mantenedora de la polarización (PMF). A través del análisi teórico y del desarrollo de simulaciones numéricas, se ha demostrado que el receptor DQPSK propuesto presenta prestaciones similares a los convencionales. Para complementar el trabajo realizado sobre el receptor DQPSK basado en PMF, se ha extendido el estudio de su principio de demodulación con el objeto de demodular señales PM-DQPSK, obteniendo como resultado la propuesta de una nueva estructura de demodulación. El receptor PM-DQPSK propuesto se basa en la estructura conjunta de una única línea de retardo junto con un rotador de polarización. Se ha analizado la calidad de los receptores DQPSK y PM-DQPSK bajo diferentes perspectivas, tales como la sensibilidad, la tolerancia a un filtrado óptico severo, la tolerancia a las dispersiones cromática y por modo de polarización o su comportamiento bajo condiciones no-ideales. En comparación con los receptores convencionales, nuestra propuesta exhibe prestaciones similares y además permite un diseño más simple que redunda en un coste potencialmente menor. En las redes de comunicaciones ópticas actuales se utiliza la tecnología de multimplexación en longitud de onda (WDM) que obliga al uso de filtros ópticos con bandas de paso lo más estrechas posibles y a emplear una serie de dispositivos que incorporan filtros en su arquitectura, tales como los multiplexores, demultiplexores, ROADMs, conmutadores y OXCs. Todos estos dispositivos conectados entre sí son equivalentes a una cadena de filtros cuyo ancho de banda se va haciendo cada vez más estrecho, llegando a distorsionar la forma de onda de las señales. Por esto, además de analizar el impacto del filtrado óptico en las señales de 40 Gbps DQPSK y 100 Gbps PM-DQPSK, este trabajo de tesis se completa estudiando qué tipo de filtro óptico minimiza las degradaciones causadas en la señal y analizando el número máximo de filtros concatenados que permiten mantener la calidad requerida al sistema. Se han estudiado y simulado cuatro tipos de filtros ópticos;Butterworth, Bessel, FBG y F-P. ABSTRACT The objective of this thesis is the design and optimization of optical fiber-based phase shift keying (PSK) demodulators for high-bit-rate optical networks. PSK modulation formats have attracted significant attention in recent years, because of the better performance with respect to conventional modulation formats. Principally, PSK signals can improve spectrum efficiency and tolerate more signal degradation caused by chromatic dispersion, polarization mode dispersion and nonlinearities in the fiber. In this work, many PSK formats were analyzed in detail, including the variants of differential phase modulation (Differential Phase Shift Keying, DPSK), in quadrature (Differential Quadrature Phase Shift Keying, DQPSK) and polarization multiplexing (Polarization Multiplexing Differential Quadrature Phase Shift Keying, PM-DQPSK), in order to design and optimize receivers enabling demodulations. Therefore, novel structures, which offer good receiver performances and a reduction in cost compared to the current structures, have been analyzed and developed. Two novel receivers based on an all-fiber in-line Mach-Zehnder interferometer (MZI) were proposed for DPSK signal demodulation in this thesis. The operating principle of the all-fiber MZI is based on the modal interference that occurs in a multimode fiber (MMF) when it is located between two single-mode fibers (SMFs). This type of configuration (Single-mode-multimode-single-mode, SMS) can provide a good extinction ratio if the incoming power from the SMF could be coupled equally into two dominant modes excited in the MMF. In order to improve the interference extinction ratio, two novel SMS structures have been studied and demonstrated, theoretically and experimentally. One of the two proposed MZIs is based on a graded-index multimode fiber (MMF) with a central dip in the index profile, located between two single-mode fibers (SMFs). The other one is based on a conventional graded-index MMF mismatch spliced between two SMFs. Theoretical analysis has shown that, in these two schemes, 80 – 90% of the incoming power can be coupled into the two dominant modes exited in the MMF, and the power difference between them is only ~10%. Experimental results show that interference extinction ratio of 12 dB could be obtained. In order to demonstrate the capacity of these two structures for use as DPSK signal demodulators, numerical simulations in a completed optical transmission system have been carried out, and the receiver quality has been analyzed under different perspectives, such as sensitivity, tolerance to severe optical filtering or tolerance to chromatic and polarization mode dispersion. In all cases, from the simulation results we can conclude that the two proposed receivers can provide performances comparable to conventional ones. In this thesis, an alternative design for the implementation of a DQPSK receiver, which is based on a polarization maintaining fiber (PMF), was also presented. To complement the work made for the PMF-based DQPSK receiver, the study of the demodulation principle has been extended to demodulate PM-DQPSK signals, resulting in the proposal of a novel demodulation structure. The proposed PM-DQPSK receiver is based on only one delay line and a polarization rotator. The quality of the proposed DQPSK and PM-DQPSK receivers under different perspectives, such as sensitivity, tolerance to severe optical filtering, tolerance to chromatic dispersion and polarization mode dispersion, or behavior under non-ideal conditions. Compared with the conventional receivers, our proposals exhibit similar performances but allow a simpler design which can potentially reduce the cost. The wavelength division multiplexing (WDM) technology used in current optical communications networks requires the use of optical filters with a passband as narrow as possible, and the use of a series of devices that incorporate filters in their architecture, such as multiplexers, demultiplexers, switches, reconfigurable add-drop multiplexers (ROADMs) and optical cross-connects (OXCs). All these devices connected together are equivalent to a chain of filters whose bandwidth becomes increasingly narrow, resulting in distortion to the waveform of the signals. Therefore, in addition to analyzing the impact of optical filtering on signal of 40 Gbps DQPSK and 100 Gbps PM-DQPSK, we study which kind of optical filter minimizes the signal degradation and analyze the maximum number of concatenated filters for maintaining the required quality of the system. Four types of optical filters, including Butterworth, Bessel, FBG and FP, have studied and simulated.

Rem : a los dos lados del espejo = (Rem at both sides of the mirror)

Cuando se trata de Rem Koolhaas, su espejo no refleja una sola imagen sino múltiples, es un prisma poliédrico. Su espejo nos devuelve el Rem mediático, el intelectual, el conceptualizador, el constructor, el analista, el periodista, el actor... En el caso de esta investigación, fijamos el punto de mira en el Rem COMUNICADOR. “Rem a los dos lados del espejo” se enmarca en una investigación sobre los medios de comunicación de arquitectura, su reflejo en la producción arquitectónica y viceversa. Se trata de llegar a discernir si comunicación y producción arquitectónica colisionan y confluyen en el caso de grandes comunicadores como Rem Koolhaas, si el mensaje y el medio transmisor adquieren las mismas cualidades. Centrándose en la figura de Rem Koolhaas, la tesis aborda la evolución de su faceta comunicativa y las transformaciones sucesivas en el campo de la comunicación arquitectónica, en paralelo a su evolución conceptual a lo largo de su trayectoria. La investigación, por tanto, no se centra tanto en su componente teórica o en la práctica arquitectónica de OMA, sino en la exposición de su producción al mundo, especialmente a través de sus ensayos y libros. “Delirious New York” y “SMLXL” son un reflejo del momento conceptual en que se inscriben, y contienen mucha información sobre los referentes gráficos que irremediablemente han influido en su composición. Especialmente, la aparición de “SMLXL” supuso un revulsivo para el mundo de la comunicación arquitectónica, porque puso el foco sobre la importancia de dejar atrás un discurso narrativo linea y unifocal, para afrontar la comunicación barajando múltiples variables, y aproximaciones, en un proceso similar al desarrollo de un proyecto de arquitectura. Presenta un diseño muy novedoso y una edición extremadamente cuidada, que atiende a parámetros mucho más ambiciosos que los meramente narrativos. Profundiza en la necesidad de una temática global, planteando cuál es la aproximación más apropiada para cada uno de los proyectos que describe, transmitiendo al lector una percepción más allá de lo estrictamente visual, más próximo a lo sensorial. Además, su enorme repercusión a nivel internacional y el gran interés que despertó (no solamente entre los arquitectos, sino también entre diseñadores gráficos, publicistas, personas provenientes de todo tipo de tendencias artísticas y público en general), provocó la globalización del fenómeno de las publicaciones arquitectónicas y puso de manifiesto la importancia de la comunicación como una disciplina en sí misma, dentro de la producción arquitectónica en la era actual. A pesar de la importancia de “SMLXL” a todos los niveles, la presente tesis plantea que, donde realmente se culmina esa experiencia comunicativa, es en “Content”, al incluir nuevos parámetros relacionados con la fusión conceptual de continente y contenido. Es en esta publicación donde el objeto de la comunicación y la expresión de la misma se convierten en un único elemento, que se rige por leyes similares. En este caso, la ley fundamental es la aplicación hasta sus máximas consecuencias de la “cultura de la congestión”, tanto en el mensaje como en el medio, generando lo que hemos convenido en denominar “comunicación congestiva”. Esta concepción deviene en que necesariamente se materialice como un producto efímero, desechable, casi virtual, porque responde a las condiciones de un momento muy concreto y específico y fuera de ese contexto pierde su significación.. La “cultura de la congestión” empieza a surgir en los planteamientos de Koolhaas en la Architectural Association School of Architecture de Londres, bajo la tutela de Elia Zenghelis. Posteriormente se desarrolla en su manifiesto retroactivo sobre Manhattan, “Delirious New York”, donde declara la guerra abierta al urbanismo del movimiento moderno y afirma que la ciudad realmente contemporánea es aquella que es fruto de un desarrollo no planificado, hiperdensa y posible gracias a los avances tecnológicos de su era. Finalmente comienza a materializarse en la Diploma Unit 9 de la AA, donde entra como profesor en 1975, dejando una huella indeleble en las generaciones posteriores de arquitectos que pasaron dicha unidad. Rem Koolhaas es ante todo un intelectual y por ello, todo el constructo teórico sobre la metrópolis comienza a reflejarse en su obra a través de OMA desde el comienzo de su producción. Podemos decir a grandes rasgos que su carrera está marcada por dos hitos históricos fundamentales que determinan tres etapas diferenciadas en su producción. En sus primeros años de profesión, Koolhaas sigue fascinado por la metrópolis urbana y la aplicación del método paranoico crítico a su producción arquitectónica. Es un arquitecto profundamente surrealista. Entiende este método como una estrategia de conocimiento y aproximación al mundo que le rodea: “dejar salir el inconsciente pero sostenerlo con las muletas de la racionalidad”. Pero lo que en realidad le interesa es su aplicación a la gran escala, el “Bigness”, y por ello, participa en proyectos muy ambiciosos de los que surgen conceptos que, más allá de resultar premiados o no, han dejado una huella ideológica en el devenir de la arquitectura. Entre estos proyectos, cabe destacar su propuesta para el Parque de la Villette o la Très Grande Bibliotèque de París. Sus proyectos de esta época destilan una gran carga conceptual, que devienen en unos interiores sorprendentes pero una apariencia exterior sobria o incluso podríamos decir "povera", por el uso de materiales efímeros, poco habituales en la macro-arquitectura hasta ese momento. Súbitamente, en 1997, explotó el denominado “Efecto Bilbao”, de la mano de Frank Gehry (1). El Museo Guggenheim de Bilbao, con su espectacularidad, sus formas pregnantes e imposibles, impacta al mundo. Nace la era de la “Arquitectura del Espectáculo”; la transformación de la ciudad a través de ICONOS que actúen como nodos de atracción y concentración en torno a los cuales supuestamente se revitaliza la actividad económica, cultural y sociopolítica de la ciudad, como si a través de un único gesto se pudieran regenerar todos los tejidos internos de la urbe. Rem Koolhaas comprende rápidamente que la aproximación a la ciudad ha cambiado y, sobre todo, el mercado. En el mundo de la globalización, la única manera de llegar a materializar el “Bigness”, es encerrando sus ejercicios intelectuales en formas pregnantes, bellas, icónicas, espectaculares. Koolhaas encuentra su marca personal en la estética “Stealth”, proveniente de los aviones de combate facetados para evitar los radares, elaborados en los años 80. De esta época surgen proyectos como la Casa da Música de Oporto o la Biblioteca de Seattle; ambos edificios son iconos facetados, de belleza pregnante, que dejan una huella indeleble en la ciudad y provocan, al igual que el Guggenheim, un cierto efecto de recuperación y revitalización en el entorno en que se asientan, al menos de manera temporal. En cualquier caso, Koolhaas nunca abandona los ejercicios meramente teóricos, pero segrega su actividad en dos: OMA produce aquello que tiene vocación de ser construido y se rige por los parámetros del mercado global y AMO, la otra cara del espejo de Rem, aplica el pensamiento arquitectónico a campos no explorados, sin la dependencia de agentes externos, pudiendo permitirse ser un laboratorio puramente experimental. En este escenario, llega el 11 de septiembre de 2001 y el ataque a las Torres Gemelas de Nueva York tiene efectos devastadores a todos los niveles, significando, en un período de tiempo sorprendentemente corto, un cambio en el orden mundial. Rem Koolhaas da entonces un giro de 180 grados, dirige su mirada hacia China, donde entiende que sus aportaciones tienen un beneficio social más directo que en occidente. (2) Para presentar al mundo su nuevo cambio de rumbo y la creación del “Think Tank” AMO, plantea una gran exposición en la NeueGallerie de Berlín bajo el título de “Content”, experiencia paralela a la edición del libro con el mismo título, que inicialmente nace como “catálogo de la exposición, pero que internamente siempre se concibió como el documento más trascendente en el estudio desde “SMLXL”. Sin embargo, en muchos aspectos se trata de su opuesto: una publicación con formato revista, de tapa blanda, con paginado muy fino, formato de "folleto de supermercado" y contenido hiperdenso. Es un experimento efímero, fugaz, ligero, barato, de “usar y tirar”. De hecho, está fuera de stock, ya no se edita. Probablemente Rem Koolhaas desaprobaría que se hiciera una investigación que pusiera el foco sobre el mismo, porque diez años después de su publicación seguramente opine que su vigencia ha caducado. Sin embargo, muestra con una claridad meridiana el estado conceptual y vital de OMA en el momento de su publicación y representa, además un verdadero hito en la comunicación arquitectónica, un punto de no retorno, el máximo exponente de lo que hemos denominado “comunicación congestiva”. La presente tesis plantea que “Content” contiene la esencia de la mayor aportación de Rem Koolhaas al mundo de la arquitectura: la transformación profunda y definitiva de la comunicación arquitectónica mediante la convergencia del estado conceptual y la transmisión del mismo. Su legado arquitectónico y conceptual ha marcado a todas las generaciones posteriores de manera indeleble. Sus ensayos, sus teorías, sus proyectos y sus edificaciones ya pertenecen a la historia de la arquitectura, sin ninguna duda. Pero es su revisión del concepto de la comunicación en arquitectura lo que ha tenido y tendrá un reflejo inmediato en las generaciones futuras, no solamente en la comunicación sino en su arquitectura, a través de un intercambio biyectivo. El planteamiento a futuro sería determinar qué sucede tras “Content”, tras la hiperdensidad máxima, tras la cultura de la congestión visual; qué es lo que propone Koolhaas y qué se va a plantear también en el mundo de la comunicación arquitectónica. Para ello, estudiaremos en profundidad sus últimos proyectos relacionados con la comunicación, como su propuesta para la Biennale de Arquitectura de Venecia de 2014, su intensa investigación sobre el “Metabolismo” en “Project Japan: Metabolism Talks...”, o la dirección de sus últimos planteamientos territoriales. En los últimos tiempos Rem Koolhaas habla de “Preservación”, de “Sobriedad”, de “Esencialismo”, de “Performance”... El autor intelectual de la cultura de la congestión habla ahora de la “low density”...como no podía ser de otra manera en la otra cara del espejo. En definitiva, el color blanco como suma de todos los colores, todas las longitudes de onda del espectro visible recibidas al tiempo. ABSTRACT When talking about Rem Koolhaas, the mirror does not only reflect one but numerous images: it is nothing but a polyhedral prism. His mirror gives us the image of Rem the media celebrity, the intellectual, the conceptualizer, the builder, the analyst, the journalist, the actor... This research sets the spotlight on Rem the COMMUNICATOR. "Rem on both sides of the mirror" belongs to a research on architectural media, its influence on the architectural production and vice versa. It is aimed at getting to discern whether communication and architectural production collide and converge in the case of great communicators such as Rem Koolhaas, and whether the message and transmission media acquire the same features. Focusing on the figure of Rem Koolhaas, this thesis addresses the evolution of his communicative facet and the successive transformations in the field of architectural communication, parallel to the conceptual evolution he underwent throughout his career. Therefore, this research is not so much focused on his theoretical component or on the OMA’s architectural practice, but on the exhibition of his production to the world, especially through his essays and books. "Delirious New York" and "SMLXL" hold up a mirror to the conceptual moment they are part of, and contain a great deal of information about the graphic references that have inevitably influenced his work. Specially, the launch of "SMLXL" was a salutary shock for the architectural communication world, since it set the spotlight on the importance of leaving a linear and unifocal narrative behind in order to face communication considering multiple variables and approaches, based on a process similar to the development of an architectural project. It offers a very innovative design and an extremely careful editing, which deals with parameters much more ambitious than those merely narrative. It explores the need for a global subject and suggests the most appropriate approach for each of the projects described, giving the reader a closer insight to the sensory that goes beyond what’s strictly visual. In addition, its huge international impact and the great interest shown, not only by architects but also by graphic designers, publishers, people from all kinds of artistic trends and the general public, led to the globalisation of the architectural publications phenomenon and brought the importance of communication as a discipline in itself, within the architectural production in the age at hand, to light. Despite the importance of "SMLXL" at all levels, this thesis suggests that the communication experience really culminates in "Content", for it includes new conceptual parameters associated with the container-content conceptual fusion. It is in this book where the purpose of communication and the expression of such become a single element, ruled by similar laws. In this particular case, the fundamental law is to implement the "culture of congestion" to its extreme consequences in both the message and the media, leading to what we have agreed to refer to as "congestive communication”. This concept leads to its inevitable materialisation into an ephemeral, disposable, almost virtual product, because it meets the conditions of a very concrete and specific time, and outside that context it loses its significance. The "culture of congestion" emerged in Koolhaas’ approaches under the guidance of Elia Zenghelis, in the Architectural Association School of Architecture of London. Subsequently, his retroactive manifesto on Manhattan, "Delirious New York" developed it, waging an all-out war against the modern movement urbanism and maintaining that the really contemporary cities are those hyperdense ones that rise as a result of an unplanned development and thanks to the typical technological advances of their time. Finally it began to materialise in the Diploma Unit 9 of the AA, in which he started lecturing in 1975, leaving an indelible mark on subsequent generations of architects who passed that unit. First and foremost, Rem Koolhaas is an intellectual and, therefore, all the theoretical construct in the metropolis began to be reflected in his work through OMA since the beginnings of his production. Broadly speaking, we can say that his career is influenced by two essential historic events, which determine three different stages in his production. In the early years of his career, Koolhaas was still fascinated by the urban metropolis and the implementation of the paranoiac-critical method to his architectural production. He was then a deeply surreal architect. He understood this method as a knowledge strategy and an approach to the world around him: "let the subconscious out but hold it with the crutches of reasonableness”. However, he was actually interested in its implementation on a broad scale, the "Bigness", and therefore, he took part in ambitious projects that led to the accrual of concepts that, beyond being rewarded, left an ideological impression on the evolution of architecture. These projects included his proposal for the Parc de la Villette or the Très Grande Bibliotèque in Paris. The projects he carried out during this period showed a great conceptual background, which evolved into surprising interiors but a sober, or even "povera", exterior appearance, thanks to the use of ephemeral materials that were atypical in the macro-architecture field until that moment. Suddenly, in 1997, the so-called "Bilbao effect" boomed thanks to Frank Gehry (1). The Guggenheim Museum of Bilbao amazed the world with its spectacular nature and its pregnant and impossible shapes. It was the beginning of the era of “The architecture of spectacle”: the transformation of the city through ICONS that would act as nodes of attraction and gathering, around which the economic, cultural and socio-political activity of the city was supposed to be revitalized, as if through a single gesture all internal tissues of the city could be rebuilt. Rem Koolhaas quickly realized that the approach to the city, and especially to the global market, had changed. In the world of globalisation, the only way to get to materialise such "Bigness" was by keeping his intellectual exercises in pregnant, beautiful, iconic and spectacular shapes. Koolhaas found his personal brand in the Stealth aesthetic, resulting from the eighties American combat aircrafts whose shape was faceted in order to avoid radars. Projects such as the Casa da Música in Porto or the Seattle Library date from this period; both buildings are faceted icons of pregnant beauty that left an indelible mark on the city and caused, like the Guggenheim, some degree of recovery and revitalization on the environment in which they were based, at least temporarily. In any case, Koolhaas never gave the merely theoretical exercises up, but he segregated his work in two: OMA produced what was destined to be built and ruled by the parameters of the global market and AMO, Rem’s other side of the mirror, applied the architectural thought in unexplored fields, notwithstanding external agents and being able to work as a purely experimental laboratory. In light of this backdrop, September 11th 2001 came and the attacks on the Twin Towers in New York had devastating effects at all levels, leading to a change in the world order, in a surprisingly short period of time. Rem Koolhaas made a 180° turn directing his vision towards China, where he believed his contributions would have a more direct social benefit than in the Western world. (2) In order to introduce his new course of direction and the creation of the AMO "Think Tank", he planned a major exhibition in the Neue Nationalgalerie of Berlin under the title "Content", in parallel with edition of the book with the same title, which was at first the "exhibition catalog” but, deep down, was always conceived as the most important document of the Office since "SMLXL". However, in many ways it was just the opposite: a publication characterised by its magazine format, soft cover, very fine paging, "supermarket brochure" form and hyperdense content. It was an ephemeral, brief, light, cheap and "disposable" experiment. In fact, it is currently out of stock and out of print. Rem Koolhaas would probably disapprove of a research that sets the spotlight on him, for he would probably say that his validity has expired given that it has been ten years since its publication. However, it shows OMA’s conceptual and vital status at the time of its publication with crystalline clarity and it is also a true milestone in architectural communication. A point of no return. The epitome of the so-called "congestive communication ". This thesis suggests that "Content" contains the essence of Rem Koolhaas’ greatest contribution to the world of architecture: the deep and definitive transformation of architectural communication through the convergence of the conceptual state and the transmission thereof. His architectural and conceptual legacy has left an indelible mark on all subsequent generations. There is no doubt his essays, theories, projects and buildings already belong to the history of architecture. But it is his review on the concept of communication in architecture that has had and shall have an immediate influence on future generations, not only in their communication but also in their architecture, through a bijective exchange. Future approaches should try to determine what happens after "Content", after the maximum hyperdensity, after the visual culture of congestion; what shall Koolhaas suggest as well as what shall happen in the world of architectural communication. To this end, we shall study his latest communication-related projects, such as the design of the Venetian Architecture Biennale in 2014, his intensive research on the "Metabolism" in "Project Japan: Metabolism Talks ...", or the course of his latest territorial approaches in depth. Most recently, Rem Koolhaas has talked about "Preservation", "Sobriety" of "Essentialism", "Performance", etc. The mastermind of the culture of congestion now speaks of the "low density"... as it could not be otherwise, on the other side of the mirror. Summarizing, the white color as the sum of all colors; all wavelengths of the visible spectrum received at the same time.

Sodium channel selectivity filter regulates antiarrhythmic drug binding

Local anesthetic antiarrhythmic drugs block Na+ channels and have important clinical uses. However, the molecular mechanism by which these drugs block the channel has not been established. The family of drugs is characterized by having an ionizable amino group and a hydrophobic tail. We hypothesized that the charged amino group of the drug may interact with charged residues in the channel’s selectivity filter. Mutation of the putative domain III selectivity filter residue of the adult rat skeletal muscle Na+ channel (μ1) K1237E increased resting lidocaine block, but no change was observed in block by neutral analogs of lidocaine. An intermediate effect on the lidocaine block resulted from K1237S and there was no effect from K1237R, implying an electrostatic effect of Lys. Mutation of the other selectivity residues, D400A (domain I), E755A (domain II), and A1529D (domain IV) allowed block by externally applied quaternary membrane-impermeant derivatives of lidocaine (QX314 and QX222) and accelerated recovery from block by internal QX314. Neo-saxitoxin and tetrodotoxin, which occlude the channel pore, reduced the amount of QX314 bound in D400A and A1529D, respectively. Block by outside QX314 in E755A was inhibited by mutation of residues in transmembrane segment S6 of domain IV that are thought to be part of an internal binding site. The results demonstrate that the Na+ channel selectivity filter is involved in interactions with the hydrophilic part of the drugs, and it normally limits extracellular access to and escape from their binding site just within the selectivity filter. Participation of the selectivity ring in antiarrhythmic drug binding and access locates this structure adjacent to the S6 segment.

Isolation of anti-angiogenesis antibodies from a large combinatorial repertoire by colony filter screening

We describe here a method, based on iterative colony filter screening, for the rapid isolation of binding specificities from a large synthetic repertoire of human antibody fragments in single-chain Fv configuration. Escherichia coli cells, expressing the library of antibody fragments, are grown on a porous master filter, in contact with a second filter coated with the antigen, onto which antibodies secreted by the bacteria are able to diffuse. Detection of antigen binding on the second filter allows the recovery of a number of E.coli cells, including those expressing the binding specificity of interest, which can be submitted to a second round of screening for the isolation of specific monoclonal antibodies. We tested the methodology using as antigen the ED-B domain of fibronectin, a marker of angiogenesis. From an antibody library of 7 × 108 clones, we recovered a number of specifically-binding antibodies of different aminoacid sequence. The antibody clone showing the strongest enzyme-linked immunosorbent assay signal (ME4C) was further characterised. Its epitope on the ED-B domain was mapped using the SPOT synthesis method, which uses a set of decapeptides spanning the antigen sequence synthesised and anchored on cellulose. ME4C binds to the ED-B domain with a dissociation constant Kd = 1 × 10–7 M and specifically stains tumour blood vessels, as shown by immunohistochemical analysis on tumour sections of human and murine origin.

Mirror self-recognition in the bottlenose dolphin: A case of cognitive convergence

The ability to recognize oneself in a mirror is an exceedingly rare capacity in the animal kingdom. To date, only humans and great apes have shown convincing evidence of mirror self-recognition. Two dolphins were exposed to reflective surfaces, and both demonstrated responses consistent with the use of the mirror to investigate marked parts of the body. This ability to use a mirror to inspect parts of the body is a striking example of evolutionary convergence with great apes and humans.