Contribution to active multi-beam reconfigurable antennas for L and S bands

La presente tesis doctoral con título "Contribution to Active Multi-Beam Reconfigurable Antennas for L and S Bands" ha sido desarrollada por el investigador ingeniero de telecomunicación estudiante de doctorado Javier García-Gasco Trujillo en el Grupo de Radiación del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid bajo la dirección de los doctores Manuel Sierra Pérez y José Manuel Fernández González. Durante décadas, el desarrollo de antenas de apuntamiento electrónico ha estado limitado al área militar. Su alto coste y su gran complejidad eran los mayores obstáculos que frenaban la introducción de esta tecnología en aplicaciones comerciales de gran escala. La reciente aparición de componentes de estado sólido prácticos, fiables, y de bajo coste ha roto la barrera del coste y ha reducido la complejidad, haciendo que las antenas reconfigurables de apuntamiento electrónico sean una opción viable en un futuro cercano. De esta manera, las antenas phased array podrían llegar a ser la joya de la corona que permitan alcanzar los futuros retos presentes en los sistemas de comunicaciones tanto civiles como militares. Así pues, ahora es el momento de investigar en el desarrollo de antenas de apuntamiento electrónico de bajo coste, donde los nuevos componentes de estado sólido comerciales forman el núcleo duro de la arquitectura. De esta forma, el estudio e implementación de estos arrays de antenas activas de apuntamiento electrónico capaces de controlar la fase y amplitud de las distintas señales implicadas es uno de los grandes retos de nuestro tiempo. Esta tesis se enfrenta a este desafío, proponiendo novedosas redes de apuntamiento electrónico e innovadores módulos de transmisión/recepción (T/R) utilizando componentes de estado sólido de bajo coste, que podrán integrar asequibles antenas activas reconfigurables multihaz en bandas L y S. En la primera parte de la tesis se realiza una descripción del estado del arte de las antenas phased array, incluyendo su base teórica y sus ventajas competitivas. Debido a que las contribuciones obtenidas en la presente tesis han sido realizadas dentro de distintos proyectos de investigación, donde se han manejada antenas de simple/doble polarización circular y simple/doble banda de trabajo, se describen detenidamente los dos proyectos más relevantes de la investigación: el radar de basura espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA), Space Situational Awareness (SSA); y la estación base de seguimiento y control de satélites de órbita baja, GEOdesic Dome Array (GEODA). Sin lugar a dudas, los dispositivos desfasadores son uno de los componentes clave en el diseño de antenas phased arrays. Recientemente se ha observado una gran variación en el precio final de estos dispositivos, llegando en ocasiones a límites inasequibles. Así pues, se han propuesto distintas técnicas de conformación de haz alternativas a la utilización de componentes desfasadores comerciales: el desfasador de líneas conmutadas, la red de haz conmutado, y una novedosa red desfasadora divisora/combinadora de potencia. Para mostrar un uso práctico de las mismas, se ha propuesto el uso de las tres alternativas para el caso práctico del subarray de cinco elementos de la celda GEODA-SARAS. Tras dicho estudio se obtiene que la novedosa red desfasadora divisora/combinadora de potencia propuesta es la que mejor relación comportamiento/coste presenta. Para verificar su correcto funcionamiento se construye y mide los dos bloques principales de los que está compuesta la red total, comprobando que en efecto la red responde según lo esperado. La estructura más simple que permite realizar un barrido plano es el array triangular de tres elementos. Se ha realizado el diseño de una nueva red multihaz que es capaz de proporcionar tres haces ortogonales en un ángulo de elevación _0 y un haz adicional en la dirección broadside utilizando el mencionado array triangular de tres elementos como antena. En primer lugar se realizar una breve introducción al estado del arte de las redes clásicas multihaz. Así mismo se comentan innovadores diseños de redes multihaz sin pérdidas. El estudio da paso a las redes disipativas, de tal forma que se analiza su base matemática y se muestran distintas aplicaciones en arrays triangulares de tres elementos. Finalmente, la novedosa red básica propuesta se presenta, mostrando simulaciones y medidas de la misma para el caso prácticoo de GEODA. También se ha diseñado, construido y medido una red compuesta por dos redes básicas complementarias capaz de proporcionar seis haces cuasi-ortogonales en una dirección _0 con dos haces superpuestos en broadside. La red propuesta queda totalmente validada con la fabricación y medida de estos con prototipos. Las cadenas de RF de los módulos T/R de la nueva antena GEODA-SARAS no son algo trivial. Con el fin de mostrar el desarrollo de una cadena compleja con una gran densidad de componentes de estado sólido, se presenta una descripción detallada de los distintos componentes que integran las cadenas de RF tanto en transmisión como en recepción de la nueva antena GEODA-SARAS. Tras presentar las especificaciones de la antena GEODA-SARA y su diagrama de bloques esquemático se describen los dos bloques principales de las cadenas de RF: la celda de cinco elementos, y el módulo de conversión de panel. De la misma manera también se presentará el módulo de calibración integrado dentro de los dos bloques principales. Para comprobar que el funcionamiento esperado de la placa es el adecuado, se realizará un análisis que tratará entre otros datos: la potencia máxima en la entrada del transmisor (comprobando la saturación de la cadena), señal de recepción mínima y máxima (verificando el rango de sensibilidad requerido), y el factor G/T (cumpliendo la especificación necesaria). Así mismo se mostrará un breve estudio del efecto de la cuantificación de la fase en el conformado de haz de RF. Los estudios muestran que la composición de las cadenas de RF permite el cumplimiento de las especificaciones necesarias. Finalmente la tesis muestra las conclusiones globales del trabajo realizado y las líneas futuras a seguir para continuar con esta línea de investigación. ABSTRACT This PhD thesis named "Contribution to Active Multi-Beam Reconfigurable Antennas for L and S Bands", has been written by the Electrical Engineer MSc. researcher Javier García-Gasco Trujillo in the Grupo de Radiación of the Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones from the ETSI de Telecomunicación of the Universidad Politécnica de Madrid. For decades, the implementation of electronically steerable phased array antennas was confined to the military area. Their high cost and complexity were the major obstacles to introduce this technology in large scale commercial applications. The recent emergence of new practical, low-cost, and highly reliable solid state devices; breaks the barrier of cost and reduces the complexity, making active phased arrays a viable future option. Thus, phased array antennas could be the crown jewel that allow to meet the future challenges in military and civilian communication systems. Now is time to deploy low-cost phased array antennas, where newly commercial components form the core of the architecture. Therefore, the study and implementation of these novel low-cost and highly efficient solid state phased array blocks capable of controlling signal phase/amplitude accurately is one of the great challenges of our time. This thesis faces this challenge, proposing innovative electronic beam steering networks and transmitter/ receiver (T/R) modules using affordable solid state components, which could integrate fair reconfigurable phased array antennas working in L and S bands. In the first part of the thesis, a description of the state of art of phased array antennas, including their fundamentals and their competitive advantages, is presented. Since thesis contributions have been carried out for different research projects, where antennas with single/double circular polarization and single/double working frequency bands have been examined, frameworks of the two more important projects are detailed: the Space Situational Awareness (SSA) programme from the European Space Agency (ESA), and the GEOdesic Dome Array (GEODA) project from ISDEFE-INSA and the ESA. Undoubtedly, phase shifter devices are one of the key components of phased array antennas. Recent years have witnessed wide fluctuations in commercial phase shifter prices, which sometimes led to unaffordable limit. Several RF steering technique alternatives to the commercial phase shifters are proposed, summarized, and compared: the switched line phase shifter, the switched-beam network, and the novel phase shifter power splitter/combiner network. In order to show a practical use of the three different techniques, the five element GEODA-SARAS subarray is proposed as a real case of study. Finally, a practical study of a newly phase shifter power splitter/combiner network for a subarray of five radiating elements with triangular distribution is shown. Measurements of the two different phase shifter power splitter/combiner prototypes integrating the whole network are also depicted, demonstrating their proper performance. A triangular cell of three radiating elements is the simplest way to obtain a planar scanner. A new multibeam network configuration that provides three orthogonal beams in a desired _0 elevation angle and an extra one in the broadside steering direction for a triangular array of three radiating elements is introduced. Firstly, a short introduction to the state of art of classical multi-beam networks is presented. Lossless network analysis, including original lossless network designs, are also commented. General dissipative network theory as well as applications for array antennas of three radiating elements are depicted. The proposed final basic multi-beam network are simulated, built and measured to the GEODA cell practical case. A combined network that provides six orthogonal beams in a desired _0 elevation angle and a double seventh one in the broadside direction by using two complementary proposed basic networks will be shown. Measurements of the whole system will be also depicted, verifying the expected behavior. GEODA-SARAS T/R module RF chains are not a trivial design. A thorough description of all the components compounding GEODA-SARAS T/R module RF chains is presented. After presenting the general specifications of the GEODA-SARAS antenna and its block diagrams; two main blocks of the RF chains, the five element cell and the panel conversion module, are depicted and analyzed. Calibration module integrated within the two main blocks are also depicted. Signal flow throw the system analyzing critical situations such as maximum transmitted power (testing the chain unsaturation), minimum and maximum receiving signal (verifying sensitivity range), maximum receiver interference signals (assuring a proper reception), and G/T factor (fulfilling the technical specification) are evaluated. Phase quantization error effects are also listed. Finally, the manuscript contains the conclusions drawn of the present research and the future work.

Unidad de efectos de audio en Simulink

La tecnología moderna de computación ha permitido cambiar radicalmente la investigación tecnológica en todos los ámbitos. El proceso general utilizado previamente consistía en el desarrollo de prototipos analógicos, creando múltiples versiones del mismo hasta llegar al resultado adecuado. Este es un proceso costoso a nivel económico y de carga de trabajo. Es por ello por lo que el proceso de investigación actual aprovecha las nuevas tecnologías para lograr el objetivo final mediante la simulación. Gracias al desarrollo de software para la simulación de distintas áreas se ha incrementado el ritmo de crecimiento de los avances tecnológicos y reducido el coste de los proyectos en investigación y desarrollo. La simulación, por tanto, permite desarrollar previamente prototipos simulados con un coste mucho menor para así lograr un producto final, el cual será llevado a cabo en su ámbito correspondiente. Este proceso no sólo se aplica en el caso de productos con circuitería, si bien es utilizado también en productos programados. Muchos de los programas actuales trabajan con algoritmos concretos cuyo funcionamiento debe ser comprobado previamente, para después centrarse en la codificación del mismo. Es en este punto donde se encuentra el objetivo de este proyecto, simular algoritmos de procesado digital de la señal antes de la codificación del programa final. Los sistemas de audio están basados en su totalidad en algoritmos de procesado de la señal, tanto analógicos como digitales, siendo estos últimos los que están sustituyendo al mundo analógico mediante los procesadores y los ordenadores. Estos algoritmos son la parte más compleja del sistema, y es la creación de nuevos algoritmos la base para lograr sistemas de audio novedosos y funcionales. Se debe destacar que los grupos de desarrollo de sistemas de audio presentan un amplio número de miembros con cometidos diferentes, separando las funciones de programadores e ingenieros de la señal de audio. Es por ello por lo que la simulación de estos algoritmos es fundamental a la hora de desarrollar nuevos y más potentes sistemas de audio. Matlab es una de las herramientas fundamentales para la simulación por ordenador, la cual presenta utilidades para desarrollar proyectos en distintos ámbitos. Sin embargo, en creciente uso actualmente se encuentra el software Simulink, herramienta especializada en la simulación de alto nivel que simplifica la dificultad de la programación en Matlab y permite desarrollar modelos de forma más rápida. Simulink presenta una completa funcionalidad para el desarrollo de algoritmos de procesado digital de audio. Por ello, el objetivo de este proyecto es el estudio de las capacidades de Simulink para generar sistemas de audio funcionales. A su vez, este proyecto pretende profundizar en los métodos de procesado digital de la señal de audio, logrando al final un paquete de sistemas de audio compatible con los programas de edición de audio actuales. ABSTRACT. Modern computer technology has dramatically changed the technological research in multiple areas. The overall process previously used consisted of the development of analog prototypes, creating multiple versions to reach the proper result. This is an expensive process in terms of an economically level and workload. For this reason actual investigation process take advantage of the new technologies to achieve the final objective through simulation. Thanks to the software development for simulation in different areas the growth rate of technological progress has been increased and the cost of research and development projects has been decreased. Hence, simulation allows previously the development of simulated protoypes with a much lower cost to obtain a final product, which will be held in its respective field. This process is not only applied in the case of circuitry products, but is also used in programmed products. Many current programs work with specific algorithms whose performance should be tested beforehand, which allows focusing on the codification of the program. This is the main point of this project, to simulate digital signal processing algorithms before the codification of the final program. Audio systems are entirely based on signal processing, both analog and digital systems, being the digital systems which are replacing the analog world thanks to the processors and computers. This algorithms are the most complex part of every system, and the creation of new algorithms is the most important step to achieve innovative and functional new audio systems. It should be noted that development groups of audio systems have a large number of members with different roles, separating them into programmers and audio signal engineers. For this reason, the simulation of this algorithms is essential when developing new and more powerful audio systems. Matlab is one of the most important tools for computer simulation, which has utilities to develop projects in different areas. However, the use of the Simulink software is constantly growing. It is a simulation tool specialized in high-level simulations which simplifies the difficulty of programming in Matlab and allows the developing of models faster. Simulink presents a full functionality for the development of algorithms for digital audio processing. Therefore, the objective of this project is to study the posibilities of Simulink to generate funcional audio systems. In turn, this projects aims to get deeper into the methods of digital audio signal processing, making at the end a software package of audio systems compatible with the current audio editing software.

Modelización e integración de sistemas de adquisición de datos inteligentes en sistemas de instrumentación para dispositivos de fusión

La obtención de energía a partir de la fusión nuclear por confinamiento magnético del plasma, es uno de los principales objetivos dentro de la comunidad científica dedicada a la energía nuclear. Desde la construcción del primer dispositivo de fusión, hasta la actualidad, se han llevado a cabo multitud de experimentos, que hoy en día, gran parte de ellos dan soporte al proyecto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). El principal problema al que se enfrenta ITER, se basa en la monitorización y el control del plasma. Gracias a las nuevas tecnologías, los sistemas de instrumentación y control permiten acercarse más a la solución del problema, pero a su vez, es más complicado estandarizar los sistemas de adquisición de datos que se usan, no solo en ITER, sino en otros proyectos de igual complejidad. Desarrollar nuevas implementaciones hardware y software bajo los requisitos de los diagnósticos definidos por los científicos, supone una gran inversión de tiempo, retrasando la ejecución de nuevos experimentos. Por ello, la solución que plantea esta tesis, consiste en la definición de una metodología de diseño que permite implementar sistemas de adquisición de datos inteligentes y su fácil integración en entornos de fusión para la implementación de diagnósticos. Esta metodología requiere del uso de los dispositivos Reconfigurable Input/Output (RIO) y Flexible RIO (FlexRIO), que son sistemas embebidos basados en tecnología Field-Programmable Gate Array (FPGA). Para completar la metodología de diseño, estos dispositivos van a ser soportados por un software basado en EPICS Device Support utilizando la tecnología EPICS software asynDriver. Esta metodología se ha evaluado implementando prototipos para los controladores rápidos de planta de ITER, tanto para casos prácticos de ámbito general como adquisición de datos e imágenes, como para casos concretos como el diagnóstico del fission chamber, implementando pre-procesado en tiempo real. Además de casos prácticos, esta metodología se ha utilizado para implementar casos reales, como el Ion Source Hydrogen Positive (ISHP), desarrollada por el European Spallation Source (ESS Bilbao) y la Universidad del País Vasco. Finalmente, atendiendo a las necesidades que los experimentos en los entornos de fusión requieren, se ha diseñado un mecanismo mediante el cual los sistemas de adquisición de datos, que pueden ser implementados mediante la metodología de diseño propuesta, pueden integrar un reloj hardware capaz de sincronizarse con el protocolo IEEE1588-V2, permitiendo a estos, obtener los TimeStamps de las muestras adquiridas con una exactitud y precisión de decenas de nanosegundos y realizar streaming de datos con TimeStamps. ABSTRACT Fusion energy reaching by means of nuclear fusion plasma confinement is one of the main goals inside nuclear energy scientific community. Since the first fusion device was built, many experiments have been carried out and now, most of them give support to the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) project. The main difficulty that ITER has to overcome is the plasma monitoring and control. Due to new technologies, the instrumentation and control systems allow an approaching to the solution, but in turn, the standardization of the used data acquisition systems, not only in ITER but also in other similar projects, is more complex. To develop new hardware and software implementations under scientific diagnostics requirements, entail time costs, delaying new experiments execution. Thus, this thesis presents a solution that consists in a design methodology definition, that permits the implementation of intelligent data acquisition systems and their easy integration into fusion environments for diagnostic purposes. This methodology requires the use of Reconfigurable Input/Output (RIO) and Flexible RIO (FlexRIO) devices, based on Field-Programmable Gate Array (FPGA) embedded technology. In order to complete the design methodology, these devices are going to be supported by an EPICS Device Support software, using asynDriver technology. This methodology has been evaluated implementing ITER PXIe fast controllers prototypes, as well as data and image acquisition, so as for concrete solutions like the fission chamber diagnostic use case, using real time preprocessing. Besides of these prototypes solutions, this methodology has been applied for the implementation of real experiments like the Ion Source Hydrogen Positive (ISHP), developed by the European Spallation Source and the Basque country University. Finally, a hardware mechanism has been designed to integrate a hardware clock into RIO/FlexRIO devices, to get synchronization with the IEEE1588-V2 precision time protocol. This implementation permits to data acquisition systems implemented under the defined methodology, to timestamp all data acquired with nanoseconds accuracy, permitting high throughput timestamped data streaming.

Assessment of innovative measures implemented in European bus systems using key performance indicators

This paper reports the results of the assessment of a range of measures implemented in bus systems in five European cities to improve the use of public transport by increasing its attractiveness and enhancing its image in urban areas. This research was conducted as part of the EBSF project (European Bus System of the Future) from 2008 to 2012. New buses (prototypes), new vehicle and infrastructure technologies, and operational best practices were introduced, all of which were combined in a system approach. The measures were assessed using multicriteria analysis to simultaneously evaluate a certain number of criteria that need to be aggregated. Each criterion is measured by one or more key performance indicators (KPI) calculated in two scenarios (reference scenario, with no measure implemented; and project scenario, with the implementation of some measures), in order to evaluate the difference in the KPI performance between the reference and project scenario. The results indicate that the measures produce a greater benefit in issues related to bus system productivity and customer satisfaction, with the greatest impact on aspects of perceptions of comfort, cleanliness and quality of service, information to passengers and environmental issues. The study also reveals that the implementation of several measures has greater social utility than very specific and isolated measures.

Air Mines. Urban Space Station

Air Mines The sky over the city's port was the color of a faulty screen, only partly lit up. As the silhouette of nearby buildings became darker, but more clearly visible against the fading blur-filter of a background, the realization came about how persistent a change had been taking place. Slowly, old wooden water reservoirs and rattling HVAC systems stopped being the only inhabitants of roofs. Slightly trembling, milkish jellyfish-translucent air volumes had joined the show in multiples. A few years ago artists and architects seized upon the death of buildings as their life-saving media. Equipped with constructive atlases and instruments they started disemboweling their subjects, poking about their systems, dumping out on the street the battered ugliness of their embarrassing bits and pieces, so rightly hidden by facades and height from everyday view. But, would you believe it? Even ?old ladies?, investment bankers or small children failed to get upset. Of course, old ladies are not what they used to be. It was old ladies themselves that made it happen after years of fights with the town hall, imaginative proposals and factual arguments. An industry with little financial gains but lots of welcome externalities was not, in fact, the ground for investment bankers. But they too had to admit that having otherwise stately buildings make fine particulate pencils with their facades was not the worse that could happen. Yes, making soot pencils had been found an interesting and visible end product of the endeavor, a sort of mining the air for vintage writing tools one can actually touch. The new view from the street did not seem as solid or dignified as that of old, and they hated that the market for Fine Particulates Extraction (FPE, read efpee) had to be applied on a matrix of blocks and streets that prevented undue concentration of the best or worse solutions. It had to be an evenly distributed city policy in order for the city to apply for cleaning casino money. Once the first prototypes had been deployed in buildings siding Garden Avenue or Bulwark Street even fast movers appreciated the sidekick of flower and plant smell dripping down the Urban Space Stations (USS, read use; USSs, read uses) as air and walls cooled off for a few hours after sunset. Enough. It was all nice to remember, but it was now time to go up and start the lightweight afternoon maintenance of their USS. Coop discussions had taken place all through the planning and continued through the construction phase as to how maintenance was going to be organized. Fasters had voted for a pro, pay a small amount and let them use it for rent and produce. In the end some neighbors decided they were slow enough to take care and it was now the turn. Regret came periodically, sometimes a week before, and lasted until work actually started. But lately it had been replaced by anxiety when it needed to be passed over to the next caretaker. It did not look their shift was good enough and couldn?t wait to fix it. Today small preparations needed to be made for a class visit next day from a nearby cook school. They were frequenters. It had not been easy, but it shouldn?t have been that hard. In the end, even the easiest things are hard if they involve a city, buildings and neighbors. On the face of the data, the technicalities and the way final designs had been worked out for adaptation to the different settings, the decision of where to go was self evident, but organization issues and the ever-growing politics of taste in a city of already-gentrified-rodents almost put the project in the frozen orbit of timeless beautiful future possibilities. This is how it was. A series of designs by XClinic and OSS had made it possible to adapt to different building structures, leave in most cases the roof untouched and adapted a new technology of flexing fiberglass tubes that dissipated wind pressure in smooth bending.......

Analytic optical design of linear Fresnel collectors with variable widths and shifts of mirrors

Linear Fresnel collectors still present a large margin to improve efficiency. Solar fields of this kind installed until current time, both prototypes and commercial plants, are designed with widths and shifts of mirrors that are constant across the solar field. However, the physical processes that limit the width of the mirrors depend on their relative locations to the receiver; the same applies to shading and blocking effects, that oblige to have a minimum shift between mirrors. In this work such phenomena are studied analytically in order to obtain a coherent design, able to improve the efficiency with no increase in cost. A ray tracing simulation along one year has been carried out for a given design, obtaining a moderate increase in radiation collecting efficiency in comparison to conventional designs. Moreover, this analytic theory can guide future designs aiming at fully optimizing linear Fresnel collectors' performance.

Technical evolution of 3d modular construction from the nineteenth century to world war II

3D Modular construction is poorly known and scarcely published in technical literature. In spite of that there are an increasing number of manufacturers offering their products in different countries. This method has largely evolved from early examples such as the American Gold Rush prefabrication in the nineteenth century, the Sears precut homes or Voisin´s prototypes for modular homes, to the end of the first half of the twentieth century. In this period a non negligible number of attempts in 3D modular construction have been carried out, ranging from theoretical proposals to several hundred or thousand units produced. Selected examples of modular architecture will be analyses in order to illustrate its technical evolution, concerning materials, structure, transportation and on site assembly. Success and failure factors of the different systems will be discussed. Conclusions about building criteria shown in them and their applicability in current architecture will be drawn.

El camino hacia la arquitectura: las mujeres de la Bauhaus

Las mujeres de la Bauhaus: El camino hacia la arquitectura, no es un simple título, es una secuencia en el tiempo. Al igual que la meta final de la Bauhaus era la Arquitectura, la Construcción, la obra de arte total donde participaban todas las disciplinas; la Escuela, sin la participación femenina hubiese nacido castrada, no hubiese sido la Bauhaus. En una entrevista se le preguntó a un alumno la razón de su ingreso, qué era lo más importante que le hizo tomar dicha decisión, a lo que contestó: “la forma de vida comunitaria de la gente de la Bauhaus”. Las mujeres, en un principio, con ser admitidas ya se daban por satisfechas. Eran disciplinadas, muy trabajadoras y se conformaban con las tareas que se les asignaba. Todos los estudiantes conocían las dificultades que acarreaba el ingreso y ser admitido era un hecho trascendente. Käthe Brachmann, agradecía en 1919 poder formar parte del alumnado: “Por lo tanto, nosotras las mujeres, también vinimos a esta escuela, porque cada una de nosotras encontró un trabajo que realizar aquí ¡que no nos atrevíamos a descuidar! ¡Puede que nadie envidiase nuestro trabajo! Gracias a todos aquellos que nos lo concedieron…” Somos nosotras, las siguientes generaciones de arquitectas, historiadoras, ingenieras, publicistas, diseñadoras… las que envidiamos y resaltamos su trabajo. Cuando Isabelle Anskombe contactó a principios de 1981, a través de Gunta Stölzl, con Marianne Brandt, ésta se encontraba en un asilo cercano a su lugar de nacimiento (antigua DDR) y quedó gratamente sorprendida del interés despertado. A lo largo de treinta años, hemos sido y continuamos siendo muchas mujeres, también algunos hombres, las que hemos impulsado y restituido el largo historial de méritos de las mujeres que estudiaron y trabajaron en la Bauhaus. Era una carencia que persistía desde el cierre de la escuela en 1933. Esta necesidad de restauración de la pequeña historia de la Bauhaus debe ser satisfecha por lo que esta tesis debe ser leída y entendida como una relectura desde sus orígenes en la que se incluyen dos aspectos fundamentales; el primero formado por los trabajos escolares de una parte importante del alumnado constituido por mujeres y el segundo en la consecución de una meta: lograr inscribirse en las clases de arquitectura y conseguir titularse como arquitectas. Este trabajo de investigación demuestra que la asociación de mujeres de la Bauhaus y el taller textil no fue exclusiva, existieron mujeres en otros talleres y lo más importante, hubo mujeres diplomadas en arquitectura. No se puede reducir el interés que despierta esta tesis sólo al ámbito femenino, porque no debemos olvidar que una tesis dedicada a un determinado maestro o alumno del mundo de la arquitectura se entiende que debe tener un interés global. De la misma manera, el estudio de una determinada maestra y de determinadas alumnas no se puede restringir a un determinado sector, debe ser de interés para toda la comunidad científica, no solo para las mujeres. Para que ello ocurra los trabajos de las alumnas deben tener una calidad mínima. Estudiando el fin de carrera de la alumna Vera Meyer-Waldeck y comparándolo con el de sus compañeros se puede afirmar que la complejidad arquitectónica de su trabajo no desmerece ante las dos propuestas ofrecidas por varones. La célebre frase de Marienne Brand en la que describe cuántas bolitas de alpaca tuvo que conformar hasta que por fin alguien le asignó una tarea mucho más gratificante, ilustra la paciencia y el tesón demostrado por ellas a lo largo del tiempo hasta ganarse el respeto entre los maestros y sus compañeros. La imposición inicial que supuso organizar a la mayorÍa de mujeres en el taller de tejidos influyó en un sentimiento femenino de autolimitación, algunas no se sentían capacitadas para la abstracción y el dominio espacial. Ello les llevó a reafirmarse como las más aptas en el campo bidimensional y por tanto convirtieron dicha limitación en un refugio. Se han explicado ejemplos de mujeres que no participaron en el taller textil (inicialmente establecido para ellas) y paulatinamente fueron dando pasos hacía un mayor compromiso con las relaciones espaciales y la arquitectura, a veces sin ser conscientes de ello. La propia Marianne Brandt tiene unas axonométricas fechadas en 1923 y su carnet de la Werkbund la acreditaba como arquitecta de interiores. Al mismo tiempo, Alma Buscher se sentía plena con sus célebres juguetes infantiles de madera en Weimar, pero sin embargo, ya en Dessau, redactó unos magníficos apuntes de construcción de edificios fechados en 1925. Incluso una alumna del taller textil, Benita Otte, sorprendió a sus maestros con una logradísima isométrica de la casa experimental Haus am Horn para la exposición del año 1923. Un ejemplo extraordinario fue el de la arquitecta Friedl Dicker. Una vez hubo abandonado sus estudios en Weimar, ejerció la profesión en Viena junto con su compañero de estudios Franz Singer, construyendo un club de tenis como trabajo más sobresaliente. El hecho de no existir ningún taller específico de arquitectura en Weimar, jugó a su favor, porque el nuevo profesor contratado para tal fin en Dessau era Hannes Meyer, un convencido de que la arquitectura y la vida debían ir a la par. El hijo de Paul Klee recordaba aquella época “Meyer (…) tenía ideas muy diferentes y la Bauhaus de Dessau llegó a estar muy regulada y agarrotada. Ahora todo el mundo estaba orientado hacía la arquitectura. Un estricto programa de 10 horas al día mantenía a la gente ocupada desde muy temprana la mañana hasta bien entrada la noche, y por si esto fuera poco, se enfatizaba la gimnasia y los deportes. Era un contraste muy fuerte respecto a las ideas fundacionales de la Bauhaus de Weimar…” La secuencia de los acontecimientos se ha detallado en el capítulo correspondiente, demostrándose que Gropius llamó conscientemente a Hannes Meyer porque era el hombre adecuado para este nuevo enfoque en Dessau. En el artículo del año 1926 que cautivó a Gropius, Die Neue Welt (los nuevos tiempos), Hannes Meyer colocaba en la misma página un trabajo de El Lissitzky con otro de Sophie Arp-Täuber. Su folleto de publicidad para ingresar en la escuela utilizaba como reclamo la pregunta, ¿buscas la verdadera igualdad como mujer estudiante? Convencido de que el “talento” no era tan importante como una buena predisposición, permitió eliminar el aura creadora que se suponía fundamentalmente masculina. Apasionado hombre político, cautivó a las jóvenes con su espíritu de justicia social, aunque su relación afectiva con Lotte Stam-Beese y con Hans Wittwer dejó al descubierto su temperamento y la dificultad de trabajar con él. El libro de Moholy Nagy titulado Von Material zu Architecktur (De lo material a la arquitectura) aparecido en 1929, impulsó a muchas mujeres a seguir avanzando y les sirvió como acicate, pues algunas se habían adaptado a un estado inferior al de sus plenas capacidades. Una voz autorizada y respetada les comunicaba que todo “ser humano debe tener la oportunidad de experimentar el espacio en la arquitectura”. Desgraciadamente, las teorías (Schopenhauer y posteriormente Freud … Gregorio Marañón) que primaban el sexo de la mujer por encima de su capacidad como persona , habían permitido crear en la opinión pública una cuantificación del grado de masculinidad o feminidad dependiendo de las actividades que se realizasen. Las relaciones espaciales, las ciencias puras, el proceso creador del artista, se habían considerado eminentemente masculinos en contraposición a la cerámica, las artesanías textiles y cualquier trabajo manual repetitivo que debían ser asignados a las mujeres. Betty Friedman denunciaba en 1962 lo que los educadores sexistas habían transmitido a lo largo del tiempo a sus alumnas : “A las mujeres les gusta la belleza tanto como a los hombres, pero quieren una belleza que esté relacionada con el proceso de la vida (…) La mano es tan admirable y digna de respeto como el cerebro.” En la Bauhaus, según avanzaba el tiempo, la integración ganaba terreno a los prejuicios por lo que la mano y el cerebro estaban conectados. Artista y artesano debían ser todo uno y los planes de estudio de la escuela, fieles a su origen de que el fin último era la arquitectura, ya permitían acceder a la sección de construcción (baulehre) a las personas que una vez terminadas las pruebas en el taller textil, quisieran seguir estudiando dentro de la Bauhaus. Las mujeres ya elegían libremente y se inscribían en los demás talleres según sus preferencias. La estudiante de carpintería y futura arquitecta Vera Meyer-Waldeck era entrevistada en la revista de la escuela y contestaba desinhibidamente que “para mí, es exactamente igual de interesante la literatura, el baile o la música, como las formas, el color, la matemáticas o cualquier problema de estática.” Numerosas alumnas estudiaron en la Bauhaus pero no consiguieron el diploma por no terminar todos los semestres requeridos. Fue el caso de Lotte Stam Beese que empezó en el taller textil con la maestra Gunta Stölzl, continuó en el departamento de construcción y, aunque no llega a diplomarse, si ejerció de arquitecta. Después de trabajar en diversos países, se titula en 1940 en la escuela VHBO de Ámsterdam. La entrada de Mies en la escuela cambia el planteamiento social y enfatiza aún más el estudio de la arquitectura. Unifica en su plan de estudios dos disciplinas que Hannes Meyer las tenía separadas: “construcción y acabados” (bau-ausbau) de manera que la pintura mural, la carpintería y todo lo referente al interior-exterior de un edificio se estudia en el mismo taller. Esta unificación presentaba una gran ventaja para las mujeres ya que se podían apuntar sin sentirse comprometidas ni apabulladas por las connotaciones que una carrera de ciencias tenía ya que en realidad, la palabra arquitectura con grandes letras no aparecía. Por supuesto, tal y como se ha detallado en el plan de estudios, existían todo tipo de asignaturas técnicas, pero el hecho de que la arquitectura de interiores, muy asumida en la opinión pública como actividad perfectamente factible para una mujer, se uniese a la actividad constructora, eminentemente masculina hasta entonces, ayudó a desembocar el final de los estudios de varias mujeres en el fin último de la Bauhaus: la arquitectura. Como ejemplo, Vera Meyer-Waldeck, había trabajado activamente en el edificio de Bernau en la creación de las mesas de estudio de los dormitorios dentro de la sección de carpintería (tischlerei), y gracias a la unificación de talleres, puede seguir ampliando conocimientos de construcción de forma gradual. Las alumnas Vera Meyer-Waldeck, María Müller, Hilde Reiss y Annemarie Wilke lograron de esta manera culminar sus estudios con un diploma que las permitía ejercer como arquitectas. Se ha dispuesto de los proyectos y trabajos profesionales en el campo de la arquitectura y el diseño de Vera y Annemarie. Desgraciadamente, de María y Hilde no se ha encontrado material de estudio. También se amplian datos sobre Annemarie Wimmer (Lange de casada), ella no finalizó sus estudios de Bau, pero se diplomó en ausbau (Ausbauabteilung), equivalente a arquitectura de interiores y escribió una guía de arquitectura de Berlín. Es conocido que la Bauhaus no era la única escuela donde las mujeres podían estudiar teoría de la construcción. Existían en la República de Weimar varias escuelas técnicas donde las mujeres estudiaban arquitectura , pero uno de los rasgos diferenciadores de esta escuela era el fuerte sentimiento de comunidad y la relación alumno-profesor. Las clases distendidas las recordaba el alumno Pius Pahl venido de un estricto instituto técnico: “(…) Durante el cuarto semestre intenté estudiar planeamiento urbano con Hilberseimer. Entré en la habitación donde se impartían las clases y me senté un poco apartado respecto a los demás. Ellos iban llegando uno a uno y encontraban sitios en las mesas, bancos, taburetes y alfeizares de las ventanas. Debatían entre ellos. Estaba esperando a Hilbs (Hilberserimer), pero en vano. Después de algún tiempo uno de los estudiantes veteranos apoyado en un radiador se presento como Hilbs. ¡Que sorpresa para un estudiante formado en la Höheres Staatliches Technikum!” Otro rasgo diferenciador frente a las escuelas técnicas era la posibilidad de acceder a la Bauhaus sin un bachillerato previo. Teniendo dotes artísticas y disponibilidad para el trabajo de diseño se podía ingresar en la Bauhaus. Estas condiciones beneficiaban a cierto número de mujeres que no habían tenido posibilidad de una instrucción académica. Como ejemplo, el currículo anterior de la alumna Lotte Burckhardt , matriculada en la sección de carpintería en el año 1928, consistía en haber trabajado en una sastrería, de secretaría y como trabajadora social. La Bauhaus no obstante, presentaba muchos rasgos comunes con otras escuelas surgidas en la República de Weimar. Varios profesores de la Bauhaus fueron contratados por otras escuelas. La escuela Reimann en Berlín (contrató al maestro de fotografía Peterhans una vez clausurada la Bauhaus de Berlín), la de Breslau (contrató a Schlemmer a partir de 1929) y especialmente la de Frankfurt (contrató a Adolf Meyer cuando éste se separa de Gropius) participaban de idearios similares. Esta última escuela estaba directamente relacionada con la oficina municipal de la construcción de Frankfurt, liderada por el arquitecto Ernst May. Bajo sus ordenes trabajó la arquitecta Margarete Schütte-Lihotzky. Ella, junto con un grupo de trabajo, realizaron para la exposición de la Werkbund de 1927- organizada por Mies y en parte por Lilly Reich- unas viviendas prefabricadas. Al igual que en la feria de Frankfurt, aquí también se ocupó del amueblamiento de las cocinas. Su posterior estancia en la Unión Soviética y sus proyectos son comparables con los realizados en la misma época por Lotte Stam-Beese. Estos proyectos se analizarán estableciéndose similitudes. Si bien hay características similares entre todas estas escuelas, un signo distintivo de la Bauhaus era la ausencia de un departamento o sección de modas que en cambio sí existían en las escuelas de Reimann y Frankfurt . La causa inicial era el riesgo de feminización que temía Gropius y que venía precedido por la escuela de Van de Velde. Posteriormente, en el curriculum de Hannes Meyer, que buscaba las necesidades del pueblo en lugar de ambicionar el lujo, no tenía justificación un taller dedicado a la moda. Cuando llegó Mies, la escuela ya estaba muy profesionalizada y las mujeres que estudiaban allí siempre comprendieron que su objetivo era la arquitectura y el diseño de objetos útiles. Curiosamente, Lilly Reich, la maestra de Ausbau (interiorismo), si venía del mundo de la moda. No hay constancia de que ninguna mujer denunciara un trato discriminatorio, así como tampoco parece que ellas sintieran que abrían nuevas vías a otras mujeres . Tenían un sentimiento de comunidad mixta, no se sentían especiales, creían firmemente en un mundo más justo y pensaban que trabajando en la Bauhaus podrían aportar algo nuevo a la sociedad junto con sus compañeros. Según palabras textuales de Walter Gropius: “La Bauhaus sintió el peso de una doble responsabilidad moral: hacer que sus alumnos tomaran plena conciencia de la época en que vivían, y prepararlos para que plasmaran su inteligencia natural y conocimientos adquiridos en diseños de prototipos que expresaran directamente esta conciencia.” La grave crisis económica y la guerra truncaron muchas esperanzas pero esos fuertes lazos duraron en el tiempo . Son incontables las parejas que se formaron en la Bauhaus, muchas de ellas duraderas en el tiempo. Eran numerosos los matrimonios formados por alumnos arquitectos y alumnas de otros talleres que ayudaban y aconsejaban. Quizás, el caso de Gertrud Arndt, llama la atención porque ella quiso originalmente ser arquitecta. Había estado como aprendiz en un estudio de arquitectura de Erfurt y a instancias de su jefe, empezó a documentar fotográficamente los edificios mientras se formaba. Al ver la primera exposición de la Bauhaus del año 1923 y con una beca de estudios, decidió trasladarse a Weimar para estudiar arquitectura. Cuando llegó allí descubrió que no existía tal departamento (solo alumnos aventajados disfrutaban de algunas clases semiparticulares) y después de aprobar el curso preliminar acabó en el taller de tejidos. Una vez hubo completado todos sus estudios, no volvió a trabajar en el diseño textil. Se casó con el arquitecto Alfred Arndt y cuando éste fue nombrado profesor, ella estuvo apoyando a su marido sin dejar de ocuparse de su otra pasión: la fotografía. Gertrud fue redescubierta como fotógrafa en los años 80 y en enero de 2013, el archivo Bauhaus le ha dedicado una exposición monográfica con sus obras textiles y fotográficas. Como anécdota, cabe reseñar la carta que le escribe Gertrud a su amiga Gunta Stölzl, animándola a emigrar a España ya que nuestro país se veía como una oportunidad para trabajar ante una Alemania deprimida económicamente. Tratamiento singular se merece también Hermine Luise Scheper- Berkenkamp, conocida como Lou. Alumna del taller de pintura mural, se casó con su compañero de estudios Hinnerk Scheper. Él terminó como profesor de la escuela y ella se dedicó a ayudarle al tiempo que ejercía de pintora e ilustradora de libros para niños. La prematura muerte de su marido en 1957 le impulsó a ejercer sus funciones. Se hizo cargo de las labores compositivas del color en la arquitectura de numerosos edificios en Berlín. Fue responsable del diseño de color del último proyecto ejecutado por Otto Bartning (un hogar infantil en Berlín), la Filarmónica de Hans Scharoun, el Museo Egipcio, varios edificios de Walter Gropius en los distritos de Berlín Britz, Buckow y Rudow así como el edificio del aeropuerto de Tegel. Cuando murió el 11-4-1976, Lou estaba trabajando en el esquema de color para la construcción de la biblioteca de Scharoun en Berlín. Es una evidencia que el trabajo de la escuela ha pasado a la posteridad fundamentalmente por la creación de objetos, telas, tipografías, fotografías, collages, pinturas, publicidad y técnicas de color. A excepción de sus tres directores, arquitectos de profesión, ni siquiera el arquitecto Breuer logra superar en reconocimiento al Breuer creador de sillas tubulares. Es por tanto mi intención mostrar el lado menos conocido de la escuela más famosa: el trabajo de las arquitectas que surgieron de la Bauhaus. Lamentablemente, el trabajo realizado por Peter Hahn en 1995 y recogido en el libro Bauten und projekte. Bauhaus in Berlín (Construcciones y proyectos. Bauhaus en Berlín) que editó el Bauhaus-archiv, sólo contiene los trabajos realizados por estudiantes y profesores de la escuela en el área metropolitana de Berlín, no aparece plano alguno ni fotografías de ninguna estudiante. Tan solo se citan las biografías de Lilly Reich y Vera Meyer-Waldeck. Con la colaboración del propio archivo Bauhaus, he podido contemplar los trabajos de las alumnas y compararlos con los de sus compañeros que sí figuran en dicho libro. Se analizarán dichos proyectos Por último, una imagen, que parece retroceder en el tiempo: Mies en América con sus estudiantes, solo hombres. Cuando Gropius emigró a Inglaterra, realizó con Maxwell Fry una escuela mixta que continuaba sus planteamientos ético-sociales traspuestos a la arquitectura. Sin embargo, al aceptar el puesto docente en Harvard (1937-1952), donde la educación estaba segregada por sexos -las mujeres aprendían en el Radcliffe College- no debió poder instruir prácticamente a ninguna mujer . La arquitecta Anne Thyn, colaboradora de Louis Kahn, fue una de las escasas alumnas. Empezó en 1944 y se licenció en 1949. ¿Coincidirían en alguna clase? Parece que la guerra hizo retroceder los espacios ganados por las mujeres, al menos en Estados Unidos. La feminista Bety Fridman denunciaba una vuelta de la mujer al hogar y a “ese malestar que no tiene nombre” denominado por ella la mística de la feminidad. En el año 1953, en América se publicaban manuales dirigidos a las mujeres en los siguientes términos: “En el momento histórico actual, la muchacha más adaptada probablemente sea la que es lo suficientemente inteligente como para tener buenas notas es la escuela pero no tan brillante como para sacar sobresaliente en todo (…); la que es competente, pero no en áreas relativamente nuevas para las mujeres; la que sabe ser independiente y ganarse la vida, pero no tanto como para competir con lo s varones; la que es capaz de hacer bien algún trabajo (en el supuesto de que no se case o si por otras razones no tiene más remedio que trabajar) pero no está tan identificada con una profesión como para necesitar ejercerla para ser feliz.” Afortunadamente, las protagonistas de esta tesis se sentían tan identificadas con su profesión que necesitaban ejercerla para ser personas, porque “ser mujer no es ni más ni menos que ser humana” ABSTRACT The Bauhaus was created in 1919 in a brand new government which looks for a rapprochement between the people and university elites. A new, modern and democratic perspective where the ideals of collectivism and individualism come together to serve the same cause: architecture, total construction. To access the Bauhaus previous studies were not necessary, just an artistic disposition. The Weimar period lasted until 1925, year in which were expelled finding a new headquarters in Dessau. The school appealed especially to young people wanting to learn and in need of change. For women marked a double jump, to acquire a profession and feel equal to their peers. Its founder, Walter Gropius, wanted to combine artistic creation of standardized design prototypes looking for a common goal around the architecture. Under the slogan "art and industry, a new unit," an exhibition from 15 August to 30 September 1923 where the pilot house called "Haus am Horn", executed and organized by all the school's workshops and in which some female students were able to demonstrate his extraordinary talent. When the Bauhaus moved to Dessau, Gropius invited architect Hannes Meyer to join them for the inauguration of the architecture section. No sooner had Meyer joint the Bauhaus when he became the new director. He advertised the school under the slogan “Come to the Bauhaus” with which he wanted to attract more female students. In his advertising papers, Mayer asked “Are you looking for a real equality as a female student?” During his mandate the Bauhaus sought predisposition for artistic talent to face a new and fairer world. “The needs of the people instead of a lust for luxury” were also reflected in the new architecture. The female students Lotte Gerson and Lotte Besse enrolled themselves in 1929 in the construction section. The destitution of Hannes Meyer in summer in 1930 made the designation of Mies van der Rohe, the school’s last director. Lilly Reich substituted master Gunta Stölzl. This well known couple of professionals with professor Hilberseimer formed a global section of construction-interior design (bau-ausbau) where edification and urbanism a quota of exigency not fewer than any other technical school in Germany. The Bauhaus, harassed by the Nazis, was obligated to leave their headquarters in Dessau, to move to Berlin, as a private institute in an abandoned factory. Before leaving Dessau, four women got their architect diplomas. These women were Hilde Reiss, Maria Müller, Annemarie Wilke and Wera Meyer Waldeck The closing of the Berlin headquarters in 1933 by the Nazi government, at the time the Weimar Republic ended with Hitler’s raise to the power. This made the Bauhaus a symbol of the sullied freedom by totalitarianism. The work and biography of the following female architects that represent the three headquarters of the school is analyzed here: -Friedl Dicker in Weimar -Wera Meyer-Waldeck in Dessau - Annemarie Wilke in Berlin.

Wide-bandgap InAs/InGaP quantum-dot intermediate band solar cells

Current prototypes of quantum-dot intermediate band solar cells suffer from voltage reduction due to the existence of carrier thermal escape. An enlarged sub-bandgap EL would not only minimize this problem, but would also lead to a bandgap distribution that exploits more efficiently the solar spectrum. In this work we demonstrate InAs/InGaP QD-IBSC prototypes with the following bandgap distribution: EG = 1.88 eV, EH = 1.26 eV and EL > 0.4 eV. We have measured, for the first time in this material, both the interband and intraband transitions by means of photocurrent experiments. The activation energy of the carrier thermal escape in our devices has also been measured. It is found that its value, compared to InAs/GaAs-based prototypes, does not follow the increase in EL. The benefits of using thin AlGaAs barriers before and after the quantum-dot layers are analyzed.

Research on wide-bandgap intermediate band solar cells and development of experimental techniques for their characterization

El trabajo que ha dado lugar a esta Tesis Doctoral se enmarca en la invesitagación en células solares de banda intermedia (IBSCs, por sus siglas en inglés). Se trata de un nuevo concepto de célula solar que ofrece la posibilidad de alcanzar altas eficiencias de conversión fotovoltaica. Hasta ahora, se han demostrado de manera experimental los fundamentos de operación de las IBSCs; sin embargo, esto tan sólo has sido posible en condicines de baja temperatura. El concepto de banda intermedia (IB, por sus siglas en inglés) exige que haya desacoplamiento térmico entre la IB y las bandas de valencia y conducción (VB and CB, respectivamente, por sus siglas en inglés). Los materiales de IB actuales presentan un acoplamiento térmico demasiado fuerte entre la IB y una de las otras dos bandas, lo cual impide el correcto funcionamiento de las IBSCs a temperatura ambiente. En el caso particular de las IBSCs fabricadas con puntos cuánticos (QDs, por sus siglas en inglés) de InAs/GaAs - a día de hoy, la tecnología de IBSC más estudiada - , se produce un rápido intercambio de portadores entre la IB y la CB, por dos motivos: (1) una banda prohibida estrecha (< 0.2 eV) entre la IB y la CB, E^, y (2) la existencia de niveles electrónicos entre ellas. El motivo (1) implica, a su vez, que la máxima eficiencia alcanzable en estos dispositivos es inferior al límite teórico de la IBSC ideal, en la cual E^ = 0.71 eV. En este contexto, nuestro trabajo se centra en el estudio de IBSCs de alto gap (o banda prohibida) fabricadsas con QDs, o lo que es lo mismo, QD-IBSCs de alto gap. Hemos fabricado e investigado experimentalmente los primeros prototipos de QD-IBSC en los que se utiliza AlGaAs o InGaP para albergar QDs de InAs. En ellos demostramos une distribución de gaps mejorada con respecto al caso de InAs/GaAs. En concreto, hemos medido valores de E^ mayores que 0.4 eV. En los prototipos de InAs/AlGaAs, este incremento de E^ viene acompaado de un incremento, en más de 100 meV, de la energía de activación del escape térmico. Además, nuestros dispositivos de InAs/AlGaAs demuestran conversión a la alza de tensión; es decir, la producción de una tensión de circuito abierto mayor que la energía de los fotones (dividida por la carga del electrón) de un haz monocromático incidente, así como la preservación del voltaje a temperaura ambiente bajo iluminación de luz blanca concentrada. Asimismo, analizamos el potencial para detección infrarroja de los materiales de IB. Presentamos un nuevo concepto de fotodetector de infrarrojos, basado en la IB, que hemos llamado: fotodetector de infrarrojos activado ópticamente (OTIP, por sus siglas en inglés). Nuestro novedoso dispositivo se basa en un nuevo pricipio físico que permite que la detección de luz infrarroja sea conmutable (ON y OFF) mediante iluminación externa. Hemos fabricado un OTIP basado en QDs de InAs/AlGaAs con el que demostramos fotodetección, bajo incidencia normal, en el rango 2-6/xm, activada ópticamente por un diodoe emisor de luz de 590 nm. El estudio teórico del mecanismo de detección asistido por la IB en el OTIP nos lleva a poner en cuestión la asunción de quasi-niveles de Fermi planos en la zona de carga del espacio de una célula solar. Apoyados por simuaciones a nivel de dispositivo, demostramos y explicamos por qué esta asunción no es válida en condiciones de corto-circuito e iluminación. También llevamos a cabo estudios experimentales en QD-IBSCs de InAs/AlGaAs con la finalidad de ampliar el conocimiento sobre algunos aspectos de estos dispositivos que no han sido tratados aun. En particular, analizamos el impacto que tiene el uso de capas de disminución de campo (FDLs, por sus siglas en inglés), demostrando su eficiencia para evitar el escape por túnel de portadores desde el QD al material anfitrión. Analizamos la relación existente entre el escape por túnel y la preservación del voltaje, y proponemos las medidas de eficiencia cuántica en función de la tensión como una herramienta útil para evaluar la limitación del voltaje relacionada con el túnel en QD-IBSCs. Además, realizamos medidas de luminiscencia en función de la temperatura en muestras de InAs/GaAs y verificamos que los resltados obtenidos están en coherencia con la separación de los quasi-niveles de Fermi de la IB y la CB a baja temperatura. Con objeto de contribuir a la capacidad de fabricación y caracterización del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), hemos participado en la instalación y puesta en marcha de un reactor de epitaxia de haz molecular (MBE, por sus siglas en inglés) y el desarrollo de un equipo de caracterización de foto y electroluminiscencia. Utilizando dicho reactor MBE, hemos crecido, y posteriormente caracterizado, la primera QD-IBSC enteramente fabricada en el IES-UPM. ABSTRACT The constituent work of this Thesis is framed in the research on intermediate band solar cells (IBSCs). This concept offers the possibility of achieving devices with high photovoltaic-conversion efficiency. Up to now, the fundamentals of operation of IBSCs have been demonstrated experimentally; however, this has only been possible at low temperatures. The intermediate band (IB) concept demands thermal decoupling between the IB and the valence and conduction bands. Stateof- the-art IB materials exhibit a too strong thermal coupling between the IB and one of the other two bands, which prevents the proper operation of IBSCs at room temperature. In the particular case of InAs/GaAs quantum-dot (QD) IBSCs - as of today, the most widely studied IBSC technology - , there exist fast thermal carrier exchange between the IB and the conduction band (CB), for two reasons: (1) a narrow (< 0.2 eV) energy gap between the IB and the CB, EL, and (2) the existence of multiple electronic levels between them. Reason (1) also implies that maximum achievable efficiency is below the theoretical limit for the ideal IBSC, in which EL = 0.71 eV. In this context, our work focuses on the study of wide-bandgap QD-IBSCs. We have fabricated and experimentally investigated the first QD-IBSC prototypes in which AlGaAs or InGaP is the host material for the InAs QDs. We demonstrate an improved bandgap distribution, compared to the InAs/GaAs case, in our wide-bandgap devices. In particular, we have measured values of EL higher than 0.4 eV. In the case of the AlGaAs prototypes, the increase in EL comes with an increase of more than 100 meV of the activation energy of the thermal carrier escape. In addition, in our InAs/AlGaAs devices, we demonstrate voltage up-conversion; i. e., the production of an open-circuit voltage larger than the photon energy (divided by the electron charge) of the incident monochromatic beam, and the achievement of voltage preservation at room temperature under concentrated white-light illumination. We also analyze the potential of an IB material for infrared detection. We present a IB-based new concept of infrared photodetector that we have called the optically triggered infrared photodetector (OTIP). Our novel device is based on a new physical principle that allows the detection of infrared light to be switched ON and OFF by means of an external light. We have fabricated an OTIP based on InAs/AlGaAs QDs with which we demonstrate normal incidence photodetection in the 2-6 /xm range optically triggered by a 590 nm light-emitting diode. The theoretical study of the IB-assisted detection mechanism in the OTIP leads us to questioning the assumption of flat quasi-Fermi levels in the space-charge region of a solar cell. Based on device simulations, we prove and explain why this assumption is not valid under short-circuit and illumination conditions. We perform new experimental studies on InAs/GaAs QD-IBSC prototypes in order to gain knowledge on yet unexplored aspects of the performance of these devices. Specifically, we analyze the impact of the use of field-damping layers, and demonstrate this technique to be efficient for avoiding tunnel carrier escape from the QDs to the host material. We analyze the relationship between tunnel escape and voltage preservation, and propose voltage-dependent quantum efficiency measurements as an useful technique for assessing the tunneling-related limitation to the voltage preservation of QD-IBSC prototypes. Moreover, we perform temperature-dependent luminescence studies on InAs/GaAs samples and verify that the results are consistent with a split of the quasi-Fermi levels for the CB and the IB at low temperature. In order to contribute to the fabrication and characterization capabilities of the Solar Energy Institute of the Universidad Polite´cnica de Madrid (IES-UPM), we have participated in the installation and start-up of an molecular beam epitaxy (MBE) reactor and the development of a photo and electroluminescence characterization set-up. Using the MBE reactor, we have manufactured and characterized the first QD-IBSC fully fabricated at the IES-UPM.

La dimensión sonora del paisaje. Herramientas, modelos y prototipos aplicados para la interpretación del paisaje sonoro pretérito

Arrancando en la definición de paisaje como construcción de un espacio virtual desde una posición referencial, la investigación constituye una inmersión en la escucha como mirada específica para llevarlo a cabo. La investigación se centra en la búsqueda de una serie de estrategias: herramientas de interpretación y modelos de análisis de la realidad que pueden interactuar con el medio espacial. Mediante el estudio del territorio a través de parámetros vinculados a las energías dinámicas existentes en el mismo, el fin es aportar una nueva lectura, una transcripción del evento sonoro generador del ser de un lugar, empleando para ello el lenguaje arquitectónico y la notación espacio-temporal. El acantilado del Pointe du Hoc se toma como primer caso de estudio para el planteamiento del análisis de la dimensión sonora del territorio, a través de la fabricación de ntermediarios espaciales, que constituirán un modelo aplicable a otros lugares cuya identidad y energía sonora formen un rasgo significativo de su existencia. PALABRAS CLAVE Paisaje sonoro, sonido, Intermediario espacial, territorio Starting in the definition of landscape as building a virtual space from a reference position, this research is an immersion in listening as specific look to carry it out. The research is focused on a number of strategies: prototypes, tools for interpretation and analysis models of reality that can interact with the space environment. By studying the area using parameters linked to existing dynamic energies in territory, the aim is to provide a new reading, a transcript of the sound event generator, employing the architectural language and space-temporary notation. The Pointe du Hoc cliff is taken as a first case study for the approach to the analysis of the sound dimension of the territory, through space intermediaries, which will be a model for other places whose sound energy is the significance of their existence. KEYWORDS Soundscape, Sound, space intermediate, territory

Interpretación geométrica de redes neuronales recurrentes discretas mediante grafos completos

El objetivo del presente trabajo de investigación es explorar nuevas técnicas de implementación, basadas en grafos, para las Redes de Neuronas, con el fin de simplificar y optimizar las arquitecturas y la complejidad computacional de las mismas. Hemos centrado nuestra atención en una clase de Red de Neuronas: las Redes de Neuronas Recursivas (RNR), también conocidas como redes de Hopfield. El problema de obtener la matriz sináptica asociada con una RNR imponiendo un determinado número de vectores como puntos fijos, no está en absoluto resuelto, el número de vectores prototipo que pueden ser almacenados en la red, cuando se utiliza la ley de Hebb, es bastante limitado, la red se satura rápidamente cuando se pretende almacenar nuevos prototipos. La ley de Hebb necesita, por tanto, ser revisada. Algunas aproximaciones dirigidas a solventar dicho problema, han sido ya desarrolladas. Nosotros hemos desarrollado una nueva aproximación en la forma de implementar una RNR en orden a solucionar estos problemas. La matriz sináptica es obtenida mediante la superposición de las componentes de los vectores prototipo, sobre los vértices de un Grafo, lo cual puede ser también interpretado como una coloración de dicho grafo. Cuando el periodo de entrenamiento se termina, la matriz de adyacencia del Grafo Resultante o matriz de pesos, presenta ciertas propiedades por las cuales dichas matrices serán llamadas tetraédricas. La energía asociada a cualquier estado de la red es representado por un punto (a,b) de R2. Cada uno de los puntos de energía asociados a estados que disten lo mismo del vector cero está localizado sobre la misma línea de energía de R2. El espacio de vectores de estado puede, por tanto, clasificarse en n clases correspondientes a cada una de las n diferentes distancias que puede tener cualquier vector al vector cero. La matriz (n x n) de pesos puede reducirse a un n-vector; de esta forma, tanto el tiempo de computación como el espacio de memoria requerido par almacenar los pesos, son simplificados y optimizados. En la etapa de recuperación, es introducido un vector de parámetros R2, éste es utilizado para controlar la capacidad de la red: probaremos que lo mayor es la componente a¡, lo menor es el número de puntos fijos pertenecientes a la línea de energía R¡. Una vez que la capacidad de la red ha sido controlada mediante este parámetro, introducimos otro parámetro, definido como la desviación del vector de pesos relativos, este parámetro sirve para disminuir ostensiblemente el número de parásitos. A lo largo de todo el trabajo, hemos ido desarrollando un ejemplo, el cual nos ha servido para ir corroborando los resultados teóricos, los algoritmos están escritos en un pseudocódigo, aunque a su vez han sido implamentados utilizando el paquete Mathematica 2.2., mostrándolos en un volumen suplementario al texto.---ABSTRACT---The aim of the present research is intended to explore new specifícation techniques of Neural Networks based on Graphs to be used in the optimization and simplification of Network Architectures and Computational Complexhy. We have focused our attention in a, well known, class of Neural Networks: the Recursive Neural Networks, also known as Hopfield's Neural Networks. The general problem of constructing the synaptic matrix associated with a Recursive Neural Network imposing some vectors as fixed points is fer for completery solved, the number of prototype vectors (learning patterns) which can be stored by Hebb's law is rather limited and the memory will thus quickly reach saturation if new prototypes are continuously acquired in the course of time. Hebb's law needs thus to be revised in order to allow new prototypes to be stored at the expense of the older ones. Some approaches related with this problem has been developed. We have developed a new approach of implementing a Recursive Neural Network in order to sob/e these kind of problems, the synaptic matrix is obtained superposing the components of the prototype vectors over the vértices of a Graph which may be interpreted as a coloring of the Graph. When training is finished the adjacency matrix of the Resulting Graph or matrix of weights presents certain properties for which it may be called a tetrahedral matrix The energy associated to any possible state of the net is represented as a point (a,b) in R2. Every one of the energy points associated with state-vectors having the same Hamming distance to the zero vector are located over the same energy Une in R2. The state-vector space may be then classified in n classes according to the n different possible distances firom any of the state-vectors to the zero vector The (n x n) matrix of weights may also be reduced to a n-vector of weights, in this way the computational time and the memory space required for obtaining the weights is optimized and simplified. In the recall stage, a parameter vectora is introduced, this parameter is used for controlling the capacity of the net: it may be proved that the bigger is the r, component of J, the lower is the number of fixed points located in the r¡ energy line. Once the capacity of the net has been controlled by the ex parameter, we introduced other parameter, obtained as the relative weight vector deviation parameter, in order to reduce the number of spurious states. All along the present text, we have also developed an example, which serves as a prove for the theoretical results, the algorithms are shown in a pseudocode language in the text, these algorithm so as the graphics have been developed also using the Mathematica 2.2. mathematical package which are shown in a supplementary volume of the text.

Integral energy performance characterization of semi-transparent photovoltaic elements for building integration under real operation conditions

In this paper, a methodology for the integral energy performance characterization (thermal, daylighting and electrical behavior) of semi-transparent photovoltaic modules (STPV) under real operation conditions is presented. An outdoor testing facility to analyze simultaneously thermal, luminous and electrical performance of the devices has been designed, constructed and validated. The system, composed of three independent measurement subsystems, has been operated in Madrid with four prototypes of a-Si STPV modules, each one corresponding to a specific degree of transparency. The extensive experimental campaign, continued for a whole year rotating the modules under test, has validated the reliability of the testing facility under varying environmental conditions. The thermal analyses show that both the solar protection and insulating properties of the laminated prototypes are lower than those achieved by a reference glazing whose characteristics are in accordance with the Spanish Technical Building Code. Daylighting analysis shows that STPV elements have an important lighting energy saving potential that could be exploited through their integration with strategies focused to reduce illuminance values in sunny conditions. Finally, the electrical tests show that the degree of transparency is not the most determining factor that affects the conversion efficiency.

Toward mass production of microtextured microdevices: linking rapid prototyping with microinjection molding

The possibility of manufacturing textured materials and devices, with surface properties controlled from the design stage, instead of being the result of machining processes or chemical attacks, is a key factor for the incorporation of advanced functionalities to a wide set of micro and nanosystems. Recently developed high-precision additive manufacturing technologies, together with the use of fractal models linked to computer-aided design tools, allow for a precise definition and control of final surface properties for a wide set of applications, although the production of larger series based on these resources is still an unsolved challenge. However, rapid prototypes, with controlled surface topography, can be used as original masters for obtaining micromold inserts for final large-scale series manufacture of replicas using microinjection molding. In this study, an original procedure is presented, aimed at connecting rapid prototyping with microinjection molding, for the mass production of two different microtextured microsystems, linked to tissue engineering tasks, using different thermoplastics as ultimate materials.

Multiphase Parallel Interleaved And Primary-Parallel Secondary-Series Forward Micro-Inverter Comparison.

Using multiphase technique is interesting in PV AC-module application due to light-load efficiency improvement by applying phase shedding, and the possibility of low-profile implementation. This paper presents a comparison, in terms of size and efficiency, of the parallel interleaved and the parallel-series connected multiphase configurations, as a function of the number of phases, for a forward micro-inverter operated in DCM. 8-phase prototypes of both multiphase configurations are built and compared between them and with the single phase forward micro-inverter, validating the presented analysis.