Analysis and design of reconfigurable multimode multiport microstrip antennas for mimo systems and diversity schemes

Las comunicaciones inalámbricas han transformado profundamente la forma en la que la gente se comunica en el día a día y es, sin lugar a dudas, una de las tecnologías de nuestro tiempo que más rápidamente evoluciona. Este rápido crecimiento implica retos enormes en la tecnología subyacente, debido y entre otros motivos, a la gran demanda de capacidad de los nuevos servicios inalámbricos. Los sistemas Multiple Input Multiple Output (MIMO) han despertado mucho interés como medio de mejorar el rendimiento global del sistema, satisfaciendo de este modo y en cierta medida los nuevo requisitos exigidos. De hecho, el papel relevante de esta tecnología en los actuales esfuerzos de estandarización internacionales pone de manifiesto esta utilidad. Los sistemas MIMO sacan provecho de los grados de libertad espaciales, disponibles a través del entorno multitrayecto, para mejorar el rendimiento de la comunicación con una destacable eficiencia espectral. Con el fin de alcanzar esta mejora en el rendimiento, la diversidad espacial y por diagrama han sido empleadas tradicionalmente para reducir la correlación entre los elementos radiantes, ya que una correlación baja es condición necesaria, si bien no suficiente, para dicha mejora. Tomando como referencia, o punto de partida, las técnicas empleadas para obtener diversidad por diagrama, esta tesis doctoral surge de la búsqueda de la obtención de diversidad por diagrama y/o multiplexación espacial a través del comportamiento multimodal de la antena microstrip, proponiendo para ello un modelo cuasi analítico original para el análisis y diseño de antenas microstrip multipuerto, multimodo y reconfigurables. Este novedoso enfoque en este campo, en vez de recurrir a simulaciones de onda completa por medio de herramientas comerciales tal y como se emplea en las publicaciones existentes, reduce significativamente el esfuerzo global de análisis y diseño, en este último caso por medio de guías de diseño generales. Con el fin de lograr el objetivo planteado y después de una revisión de los principales conceptos de los sistemas MIMO que se emplearán más adelante, se fija la atención en encontrar, implementar y verificar la corrección y exactitud de un modelo analítico que sirva de base sobre la cual añadir las mejoras necesarias para obtener las características buscadas del modelo cuasi analítico propuesto. Posteriormente y partiendo del modelo analítico base seleccionado, se exploran en profundidad y en diferentes entornos multitrayecto, las posibilidades en cuanto a rendimiento se refiere de diversidad por diagrama y multiplexación espacial, proporcionadas por el comportamiento multimodal de las antenas parche microstrip sin cargar. Puesto que cada modo de la cavidad tiene su propia frecuencia de resonancia, es necesario encontrar formas de desplazar la frecuencia de resonancia de cada modo empleado para ubicarlas en la misma banda de frecuencia, manteniendo cada modo al mismo tiempo tan independiente como sea posible. Este objetivo puede lograrse cargando adecuadamente la cavidad con cargas reactivas, o alterando la geometría del parche radiante. Por consiguiente, la atención en este punto se fija en el diseño, implementación y verificación de un modelo cuasi analítico para el análisis de antenas parche microstrip multipuerto, multimodo y cargadas que permita llevar a cabo la tarea indicada, el cuál es una de las contribuciones principales de esta tesis doctoral. Finalmente y basándose en el conocimiento adquirido a través del modelo cuasi analítico, se proporcionan y aplican guías generales para el diseño de antenas microstrip multipuerto, multimodo y reconfigurables para sistemas MIMO, con el fin de mejorar su diversidad por diagrama y/o su capacidad por medio del comportamiento multimodal de las antenas parche microstrip. Se debe destacar que el trabajo presentado en esta tesis doctoral ha dado lugar a una publicación en una revista técnica internacional de un alto factor de impacto. De igual manera, el trabajo también ha sido presentado en algunas de las más importantes conferencias internacionales en el ámbito de las antenas ABSTRACT Wireless communications have deeply transformed the way people communicate on daily basis and it is undoubtedly one of the most rapidly evolving technologies of our time. This fast growing behaviour involves huge challenges on the bearing technology, due to and among others reasons, the high demanding capacity of new wireless services. MIMO systems have given rise to considerable interest as a means to enhance the overall system performance, thus satisfying somehow the new demanding requirements. Indeed, the significant role of this technology on current international standardization efforts, highlights this usefulness. MIMO systems make profit from the spatial degrees of freedom available through the multipath scenario to improve the communication performance with a remarkable spectral efficiency. In order to achieve this performance improvement, spatial and pattern diversity have been traditionally used to decrease the correlation between antenna elements, as low correlation is a necessary but not sufficient condition. Taking as a reference, or starting point, the techniques used to achieve pattern diversity, this Philosophiae Doctor (Ph.D.) arises from the pursuit of obtaining pattern diversity and/or spatial multiplexing capabilities through the multimode microstrip behaviour, thus proposing a novel quasi analytical model for the analysis and design of reconfigurable multimode multiport microstrip antennas. This innovative approach on this field, instead of resorting to full-wave simulations through commercial tools as done in the available publications, significantly reduces the overall analysis and design effort, in this last case through comprehensive design guidelines. In order to achieve this goal and after a review of the main concepts of MIMO systems which will be followed used, the spotlight is fixed on finding, implementing and verifying the correctness and accuracy of a base quasi analytical model over which add the necessary enhancements to obtain the sought features of the quasi analytical model proposed. Afterwards and starting from the base quasi analytical model selected, the pattern diversity and spatial multiplexing performance capabilities provided by the multimode behaviour of unloaded microstrip patch antennas under different multipath environments are fully explored. As each cavity mode has its own resonant frequency, it is required to find ways to displace the resonant frequency of each used mode to place them at the same frequency band while keeping each mode as independent as possible. This objective can be accomplished with an appropriate loading of the cavity with reactive loads, or through the alteration of the geometry of the radiation patch. Thus, the focus is set at this point on the design, implementation and verification of a quasi analytical model for the analysis of loaded multimode multiport microstrip patch antennas to carry out the aforementioned task, which is one of the main contributions of this Ph.D. Finally and based on the knowledge acquired through the quasi analytical model, comprehensive guidelines to design reconfigurable multimode MIMO microstrip antennas to improve the spatial multiplexing and/or diversity system performance by means of the multimode microstrip patch antenna behaviour are given and applied. It shall be highlighted that the work presented in this Ph.D. has given rise to a publication in an international technical journal of high impact factor. Moreover, the work has also been presented at some of the most important international conferences in antenna area.

Discursos de una donsella per elecció de estat [Texto impreso] : los inconvenients que troba en ser monja, en quedarse minyona, y en ser casada, y resol casarse

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AndroFIT

Introducción El tema de este Trabajo Fin de Grado, TFG a partir de ahora, no es otro que el motivar al usuario final a hacer ejercicio mediante la realización de ejercicios breves e intensos. Para ello, surge la idea de desarrollar una aplicación para la plataforma Android, de nombre AndroFIT , cuyo objetivo es cumplir con la meta descrita anteriormente; que el usuario haga ejercicio de manera diaria. Hacer ejercicio es un hábito saludable que ayuda en gran medida al bienestar físico, mental y emocional de las personas. Sin embargo, no es un hábito practicado por una cantidad inmensa de gente y más pequeño es aún el número de personas que son constantes. Si empezar a hacer ejercicio es complicado, mantener el ritmo, la dedicación y la motivación a medida que pasa el tiempo es más difícil todavía. Los motivos del abandono son de distinta índole: falta de tiempo, falta de ganas, falta de apoyo o incluso el alcanzar la figura y/o el peso que se buscaban. AndroFIT no pretende ser una aplicación más en el mercado de las aplicaciones Health & Fitness, el cual ya dispone de una larga lista de aplicaciones asentadas y reconocidas a nivel mundial como por ejemplo Endomondo o Runtastic, entre otras. Esta aplicación se rige por principios más cercanos a un juego gracias a los principios de gamificación que se han implantado en la aplicación, como los logros y la diversión, entre otros. Este TFG es el primer prototipo funcional de un proyecto de carácter personal cuyo diseño, análisis, desarrollo y mantenimiento han sido llevados a cabo por mí, Abraham Hernández Valencia. Es una aplicación que dista mucho de su versión definitiva y cuya funcionalidad es limitada. En futuras versiones se añadirán funcionalidades y características, que serán descritas en esta memoria, como por ejemplo compartir los resultados en Facebook y Twitter, utilizar la biblioteca de música del usuario así como su perfil en Spotify para personalizar aún más la experiencia o la posibilidad de ejercitar una parte concreta del cuerpo a través de ejercicios específicamente diseñados para esa zona. Abstract The goal of this Degree Project is no other than to motivate users to exercise on a regular basis through short and intense routines. Therefore, an Android application named AndroFIT is developed, which purpose is it to fulfil the goal previously described; encourage daily exercising among users. To work out is a healthy habit which enormously helps physical, psychical and emotional wellbeing of people. However, it is not a trend with a large number of followers and that same number is even smaller if we focus on regular working out. Starting to work out is always challenging but keeping the rhythm, motivation and dedication high all along is even more difficult. Reasons of abandoning vary: lack of time, lack of motivation, lack of support or even not reaching the desired shape or weight. AndroFIT does not aim to be another application inside of the Health & Fitness market, which already has a long list of successful and worldknown applications such as Endomondo and Runtastic. AndroFIT´s principles such as achievements and fun, strictly taken from gamification techniques, make the application appeal more to a game rather than to a fitness application. This project is the first functional prototype of a personal project which design, analysis, development and maintenance have been taken care of by me, Abraham Hernández Valencia. This release is far away from the final one and its functionality is limited. Future versions will include enhanced functionality and extra features which will be described later in this document, like Facebook and Twitter sharing, using the user's music library as well as his Spotify profile to have an even deeper customised experience or being able to train a specific part of the body following a serie of specific designed workouts.

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