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3-D printed horn antennas and components performance for space and telecommunications
(IEEE, 2018) Teniente Vallinas, Jorge; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Caballero Nagore, Rubén; Valcázar Berdofe, Daniel; Goñi, Mikel; Martínez, Aitor; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
In this work, a study of the performance of several antennas and components, manufactured using an accurate stereolithography 3D printer and resin for maximum accuracy and detail, is carried out. Electroless plating of the components to cover the pieces with a thick copper layer to improve their mechanical resistance is undertaken. Several SatCom horn antennas and components are designed, manufactured, and tested. A detailed study of a spline horn antenna and a filter is covered. These results are compared to the metallic lathe manufactured versions. Conclusions are derived from these tests, which are useful to improve additive manufactured components in future versions.
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Advanced feeds for mm-wave antenna systems
(Springer, 2018) Teniente Vallinas, Jorge; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Ederra Urzainqui, Íñigo; Gonzalo García, Ramón; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Millimeter-wave antenna systems have traditionally required high performance feeds in order to fulfill its stringent requirements. Therefore, this goal has been achieved by corrugated horns. However, in the last years new applications mainly in the communication systems have driven the use of other types of antenna feed with slightly reduced performance but simpler manufacturing at mm-wave and submm-wave frequencies with improvements in cost reduction. These advanced profiles are usually based in smooth waveguide advanced profiles. Besides, the chapter describes different feed configurations based on metamaterial structures and several examples of metamaterial based or inspired antennas are considered. Then, this chapter covers the different alternatives currently used for mm-wave antenna feed: corrugated horns, spline horns, and metamaterial horns. At the end of each section, it includes some research successful results.
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Analizadores vectoriales de redes (VNA) de bajo coste para la realización de prácticas de laboratorio
(2024) Casajús Garde, Javier; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
Este Trabajo de Fin de Grado surge de la necesidad de ampliar la capacidad del laboratorio en la realización de la práctica "Medida de dispositivos de microondas implementados en tecnología microstrip: Manejo del VNA (Práctica 4)". Actualmente, el laboratorio cuenta con un único Analizador Vectorial de Redes (VNA) de la casa Agilent Technologies, concretamente el modelo HP 8753D con un rango de medida desde 30KHz a 6GHz, lo que limita el número de estudiantes que pueden trabajar simultáneamente. El objetivo de este estudio ha sido adaptar el LibreVNA para su uso en prácticas de laboratorio, evaluando la viabilidad de aumentar de un puesto de trabajo a seis. Esto permitiría que las sesiones de prácticas sean más dinámicas, posibilitando que toda la clase participe de manera conjunta. En este contexto, se ha puesto en marcha el Libre VNA y el software de medida asociado LibreVNA-GUI, optimizado los parámetros del mismo para el tipo de medidas a realizar en las prácticas de laboratorio. Para garantizar su funcionalidad y durabilidad, se diseñó un soporte específico que, además de alojar el VNA, incorpora un ventilador integrado para asegurar un funcionamiento estable del equipo, incluso bajo uso intensivo. Adicionalmente, se diseñaron y simularon varios componentes electrónicos necesarios para las prácticas, empleando herramientas avanzadas de simulación como Ansys HFSS. Estos componentes replicados permiten una experimentación práctica directa, alineada con los objetivos académicos del laboratorio. En conjunto, este trabajo no solo ha conseguido mejorar la infraestructura del laboratorio, sino que también ha demostrado la viabilidad de utilizar equipos de menor coste comprometiendo mínimamente la precisión y calidad de los resultados. Las conclusiones obtenidas subrayan el éxito de las estrategias implementadas, mostrando que es posible optimizar recursos y aumentar la eficacia en entornos educativos de alta tecnología.
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Aprendizaje basado en proyectos en Ingeniería de Telecomunicación: memoria final PINNE
(2023) Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa; Sagüés García, Mikel; Arizaleta Arteaga, Mikel; Cruz Blas, Carlos Aristóteles de la; Río Bocio, Carlos del; Erro Betrán, María José; Fernández de Muniain Comajuncosa, Javier; García-Jiménez, Santiago; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; López Martín, Antonio; López-Amo Sáinz, Manuel; Magaña Lizarrondo, Eduardo; Martínez de Espronceda Cámara, Miguel; Navallas Irujo, Javier; Villanueva Larre, Arantxa; Benito Pertusa, David; Cabeza Laguna, Rafael; Cerro Reyes, Beatriz del; Ederra Urzainqui, Íñigo; Falcone Lanas, Francisco; Izal Piñas, Jesús; Morató Osés, Daniel; Pinillos Resano, Iñaki
La Ingeniería de Telecomunicación ha evolucionado drásticamente en las últimas décadas. Desde la definición más clásica, la de aquella persona cualificada para hacer uso de los campos electromagnéticos para lograr un sistema de comunicaciones, hasta la más abierta de hoy en día, que abarca tanto la gestión de proyectos (común para las ramas de ingeniería), pasando por el desarrollo de aplicaciones software hasta el diseño de circuitos electrónicos. Por lo general, la Ingeniería de Telecomunicación se divide en cuatro grandes bloques: las comunicaciones (herederas de la definición más clásica), la electrónica, la telemática; y los sistemas audiovisuales y multimedia. Además de la capacidad para especializarse en cualquiera de estas tecnologías, uno de los grandes valores aportados por ingenieros e ingenieras de telecomunicación en sus empresas y organizaciones es la capacidad para abordar proyectos que integren varias de ellas. En otras palabras, su capacidad para abordar con una perspectiva de conjunto un proyecto multidisciplinar. Sin embargo, el desarrollo de esta capacidad se ve mermada por las metodologías docentes empleadas tradicionalmente, en las que cada asignatura es una “isla”, a lo sumo conectada con otras islas de su misma rama de conocimiento. El objetivo de este proyecto de integración es coordinar cinco asignaturas del Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación para lograr que el estudiantado trabaje por equipos en un único proyecto de gran envergadura. En el proyecto de integración se trabajan resultados de aprendizaje ligados a las siguientes asignaturas: Sistemas de comunicaciones; Diseño de aplicaciones telemáticas (DAT); Procesado de señales multimedia (PSM); Diseño electrónico de sistemas de comunicaciones (DESC); Dirección y gestión de proyectos TIC I. En el proyecto se plantea un aprendizaje basado en proyectos (PBL de su término en inglés Project Based Learning), en el que el estudiantado debe desarrollar las competencias comunes de las cinco asignaturas, así como dar cabida a aquellas competencias y resultados de aprendizaje particulares que de adquieren en cada una de ellas de manera independiente. La metodología PBL no es, ni mucho menos, novedosa. Pueden encontrarse multitud de ejemplos de esta metodología, siendo bien conocidas sus fortalezas y sus inconvenientes. Un primer argumento muy claro para utilizar esta metodología es la capacidad de desarrollo de competencias transversales. Más concretamente, en muchas de las experiencias previas que se han llevado a cabo se pone de manifiesto el desarrollo de competencias de aprendizaje autónomo, capacidad de innovación, capacidad de resolución de problemas o capacidad de relacionarse en un equipo de trabajo, por citar las más importantes. Estas competencias se identifican como esenciales en la vida laboral de cualquier profesional dedicado a la ingeniería. En consecuencia, se exige que el estudiantado trabaje con autonomía a la hora de buscar soluciones a los problemas técnicos y organizativos que son inherentes a la implementación de un sistema complejo como el planteado. La capacidad para gestionar proyectos es una de las competencias fundamentales que se trabaja durante el desarrollo del proyecto. Para ello, una gran parte de la docencia de la asignatura Dirección y Gestión de Proyectos TIC I se dedica a este propósito. La herramienta software seleccionada para soportar la gestión del proyecto es la plataforma Teams de la casa Microsoft. Ésta se considera adecuada para ello, ya que la UPNA dispone de una licencia campus con condiciones muy ventajosas para el estudiantado. Además, la plataforma es conocida por el estudiantado, al haberse utilizado en varias asignaturas del Grado en Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación. Los y las estudiantes se agrupan en equipos de 3-4 personas, garantizando en todos los casos que en los equipos se integren estudiantes de todas las asignaturas, aunque no todos estarán matriculados en las cinco asignaturas vinculadas al proyecto. Cada equipo debe trabajar dos aspectos del proyecto: desde el punto de vista del cliente y desde el punto de vista del proveedor. Para ello, los grupos se dan servicio mutuamente, en un esquema circular, de tal forma que ningún equipo tiene como cliente a su equipo proveedor. Desde el punto de vista cliente, los equipos son responsables de la definición funcional del proyecto. Como proveedores, son responsables de implementar los requisitos definidos por su cliente. En lo que respecta a la evaluación, los responsables de cada una de las cinco asignaturas involucradas en el proyecto evalúan diferentes aspectos del mismo, incorporando dicha evaluación a la nota final de sus respectivas asignaturas. En otras palabras, la evaluación es independiente para cada asignatura.
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Assessment of mm-wave high resolution inverse SAR imaging both with compact and sparse data
(IEEE, 2023) Iqbal, Muhammad Amjad; Anghel, Andrei; Datcu, Datcu; Ederra Urzainqui, Íñigo; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC
Inverse synthetic aperture radar (ISAR) provides images of objects that are rotated with respect to the radar. An efficient image-focusing algorithm is required to generate ISAR images from the echoes of the raw data. In this study, a monostatic model was deployed to collect radar backscattering data in the millimeter (mm) wave band (67-110 GHz) using targets with circular, rectangular, and non-canonical shapes. The ISAR experiments were performed to assess the imaging performance of the three methods. The ISAR image reconstruction implemented in the wave-number (¿ - k) domain solves the target reflectivity and allows the target to be close to the radar. This shows that the mm-wave radar can achieve a sufficient resolution in the range and azimuth dimensions. Finally, we compared the results with those of spherical wavefront compensation (SWFC) and back-projection (BP) methods. The efficiencies of the three methods were tested using compressible data with wavelet-decomposition-based sparse measurements. To demonstrate the performance of the given methods, the point spread function (PSF) for the impulse response of the mm-wave wire was computed. There is a trade-off: the ¿ - k domain loses resolution compared to the SWFC and BP methods but can obtain a satisfactory image at a lower computational cost.
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Broadband radar cross-section reduction using AMC technology
(IEEE, 2013) Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Tellechea Pereda, Amagoia; Martínez de Falcón, José Luis; Ederra Urzainqui, Íñigo; Gonzalo García, Ramón; Maagt, Peter de; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
This paper presents the design, fabrication and characterization of a planar broadband chessboard structure to reduce the radar cross-section (RCS) of an object. The chessboard like configuration is formed by combining two artificial magnetic conductor (AMC) cells. The bandwidth limitations intrinsic to AMC structures are overcome in this work by properly selecting the phase slope versus frequency of both AMC structures. 180 degrees phase difference has been obtained over more than 40% frequency bandwidth with a RCS reduction larger than 10dB. The influence of the incidence angle in the working bandwidth has been performed. A good agreement between simulations and measurements is achieved.
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Characterization of multilayer coupling based on square complementary split ring resonator for multiport device implementation
(MDPI, 2023) Jarauta Ayensa, Eduardo; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Falcone Lanas, Francisco; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
The advent of context-aware environments and related applications demands a high degree of connectivity, with new spectral bands and related radio resource management functionalities in the current 5G bands and foreseen in future 6G wireless communication systems. This, in turn, poses new challenges in the implementation of wireless transceivers and radiating systems, in terms of device integration, miniaturization and element isolation, among others. High-performance miniature devices are presented and studied in this work, aided by metamaterial-inspired complementary resonators. A single particle is used to build a single layer, double layer, double frequency resonators and power dividers. A complete characterization of each equivalent circuit is also analyzed, showing great agreement between analytical circuit models and full-wave electromagnetic simulations. By adding more particles, different diplexers and triplexers in the multi-layer configuration are proposed. The flexibility in the design is the key advantage, as all devices are easily tunable and the output lines can be built in different layers, enabling frequency scalability from RF to millimeter wave ranges. Nevertheless, they are only a sample of all possible combinations of devices that can be designed for integration in future wireless communication systems.
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Copernicus: Automatización de la descarga de imágenes de Sentinel
(2016) Olcoz Martínez, Iñigo; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Este trabajo fin de grado consiste en la automatización de la descarga de ficheros e imágenes de los satélites Sentinel del programa Copernicus de la ESA (Agencia espacial europea) junto a la Comisión Europea (CE) y otras agencias implicadas. Para obtener las imágenes que proporcionan los Sentinel hay que realizar una llamada a la página oficial Sentinel Scientific Data Hub donde mediante argumentos obtiene las URL (localizador uniforme recursos) de las imágenes de interés para almacenarlas en un fichero de texto. Una vez obtenidas las URL se procede a la descarga de los archivos de los cuales se obtendrán las imágenes y meta-datos de las imágenes para su posible tratamiento. Cuando se tienen descargadas todas las imágenes, se organizan automáticamente en el directorio seleccionado donde son ordenadas respectivamente. El propósito de las descargas de estas imágenes esta directamente relacionado con el Proyecto PyreNEOS del gobierno de Navarra y de futuros servicios relacionados con la gestión del suelo, el medio marino, la atmosfera, respuesta de situaciones de emergencia, seguridad y cambio climático. Esta aplicación no esta limitado exclusivamente al uso especifico del gobierno de Navarra como fue preparado en primera instancia sino esta preparada para el uso de cualquier usuario que tenga una cuenta particular en la página oficial Sentinel Scientific Data Hub [1]
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Desarrollo del software de control de los sistemas de posicionamiento de precisión para medida de antenas en milimétricas y submilimétricas
(2015) Goñi Esparza, Mikel; Teniente Vallinas, Jorge; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Este proyecto se centra en evaluar el rendimiento de un sistema de medida y posicionamiento de precisión para antenas, con el objetivo de mejorar el software actual programado en LabVIEW que lo controla. Se ha estudiado el funcionamiento del software actual y se han llevado a cabo mejoras y nuevas funcionalidades que permiten obtener unos resultados más exactos y una mayor comodidad a la hora de medir los diagramas de radiación. Para ello, se han desarrollado distintas versiones del software en función de dónde se ejecute (PC o analizador), del tipo de barrido a realizar, así como del número de parámetros y de la precisión de los mismos que se desee obtener. Se han realizado medidas de antenas en distintas bandas frecuenciales probando el código en diversas situaciones de medida. Los resultados obtenidos se han procesado con la herramienta software Matlab, y se han extraído conclusiones de gran relevancia gracias a las representaciones de los diagramas. Además, durante el transcurso del trabajo han surgido ciertos problemas y obstáculos derivados tanto de la programación como de la propia estructura de posicionamiento. Este hecho ha provocado que algunos de los razonamientos iniciales hayan tenido que modificarse
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Design alternatives for a submm-wave Fabry-Perot cavity antenna
(IEEE, 2022) Platero Rodrigo, Naiara; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Ederra Urzainqui, Íñigo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
This paper discusses different design alternatives for a high gain planar antenna at 240 GHz. The antenna is based on a Fabry-Perot configuration, where two different partial reflection surfaces (PRS) are considered: a free standing metallic plate and a metallized quartz substrate. Similar performance has been found between both alternatives.
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Development of ultrathin metasurface and partially reflective surface antennas for space applications
(2017) Tellechea Pereda, Amagoia; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Gonzalo García, Ramón; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
La industria espacial ha estado siempre muy interesada en la evolución de las antenas que se integran en los satélites. Se buscan soluciones que además de ser ligeras y compactas, tengan un coste reducido. De esta forma se facilita su integración en los satélites y se reduce el coste en el lanzamiento de todo el sistema. Los avances en las diferentes tecnologías han demostrado su viabilidad para cumplir con los requerimientos especificados, como lo son la tecnología de superficies parcialmente reflectivas (PRS) o las metasuperficies (MTS). Aunque estas tecnologías ofrecen a los ingenieros múltiples posibilidades, queda todavía por realizar un gran trabajo para cumplir con todos los requerimientos de las antenas embarcadas en satélites. Por un lado, se ha empleado la tecnología de PRS para optimizar una antena trabajando en doble frecuencia en banda C. Por otro lado, se ha diseñado y fabricado una antena basada en MTS, con radiación broadside y doble polarización circular en banda Ku. Esta tesis nació como continuación del trabajo realizado en el Grupo de Antenas de la Universidad Pública de Navarra, en colaboración con EADS Astrium Casa Espacio (España) y la Agencia Espacial Europea (ESA), para el desarrollo de una antena PRS que cumpliese las especificaciones de una antena embarcada de una aplicación TT&C (Tracking, Telemetría y control) a 3.7GHz. Trabajos anteriores consolidaron esta tecnología como una alternativa ligera a las soluciones pesadas y voluminosas utilizadas convencionalmente. No obstante, la mayoría de estas soluciones se han centrado en aplicaciones que funcionan en una sola frecuencia. Falta un estudio más exhaustivo de las configuraciones con doble frecuencia de funcionamiento. El trabajo realizado en esta tesis se ha centrado en el diseño de una antena PRS para el cumplimiento de los requerimientos de una aplicación TT&C en dos frecuencias en la banda C, 3.7GHz y 4.2GHz. En las PRS, también llamadas antenas de band gap electromagnético (EBG) o superficies selectivas en frecuencia (FSS), se genera una cavidad resonante entre el plano de masa donde está la fuente y el superestrato situado a una distancia de media longitud de onda. La caracterización de la PRS se ha realizado mediante el estudio de la matriz de reflexión de una onda incidente en la estructura teniendo en cuenta las dos frecuencias de interés. La dificultad de la solución propuesta se centra en la cercanía de ambas frecuencias, ya que la separación entre ellas es de 1.13%. La implementación de la antena PRS en doble banda se ha realizado introduciendo de forma adecuada una segunda capa de FSS (compuesta por cruces de Jerusalem dentro de anillos metálicos) en la parte inferior de una capa EBG (compuesta por un plano metálico con agujeros en su interior y que se suele emplear para soluciones en una única banda). El sistema de alimentación es sencillo y se compone de un array de 2x2 parches circularmente polarizado. El trabajo concluye demostrando que la configuración propuesta podría ser empleada para sustituir un array de antenas parche de 27 elementos que requiere un sistema de alimentación complejo. La segunda parte de la tesis es la más extensa y se centra en el desarrollo de antenas de metasuperficie (MTS). Debido al gran interés mostrado por la industria espacial en esta tecnología extremadamente compacta y ligera, la tesis se centró en esta tecnología emergente. Como se muestra en la literatura, las MTSs se pueden emplear para implementar soluciones con diagramas de radiación complejos y buena polarización circular. Sin embargo, hay ciertos aspectos que hoy por hoy todavía suponen una limitación, como pueden ser la capacidad de proveer doble polarización circular o respuesta multibanda. En esta tesis se presenta por primera vez, el modelado teórico, la implementación práctica y las medidas de una antena MTS compuesta por una única capa capaz de proveer radiación en broadside a 13.5GHz tanto con polarización circular a derechas como a izquierdas. Para ello se ha realizado un estudio profundo sobre la tecnología MTS y se ha desarrollado la base teórica de la solución propuesta. En esta estructura, se excitan dos modos transversales, de tipo magnético y eléctrico, balanceados tanto en fase como en magnitud. Además, se explica en profundidad la caracterización de la impedancia superficial requerida en la MTS y se han realizado el estudio de dispersión de distintos pixeles para la implementación de la misma. Por otro lado, también se explica el sistema de alimentación necesario y se presenta el septum fabricado. Los resultados de simulación corroboran el comportamiento esperado según la teoría desarrollada. El sistema completo ha sido fabricado y se muestran los resultados experimentales. En la última parte de la tesis se ha desarrollado la base teórica para la caracterización de antenas de MTS de una única capa para aplicaciones multibanda. Se han presentado tres configuraciones con distintos diagramas de radiación a las frecuencias de 13.5GHz y 16GHz, con polarización circular. El primer diseño radia con forma isoflux en dirección backward en la banda baja mientras que en la alta radía en dirección broadside. La segunda configuración es capaz de radiar con forma de isoflux en ambas bandas. Por último, el tercer diseño radia en dirección broadside en la banda baja y en la alta con isoflux, gracias a la contribución de dos modos dentro del región visible. Además, se presentan las limitaciones de las configuraciones propuestas y las posibles mejoras a realizar. Como resultado de este trabajo, se han publicado 3 artículos en revistas indexadas, se han presentado 12 comunicaciones en conferencias internacionales (5 de ellas invitadas) y 5 nacionales.
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Diseño de antena en tecnología EBG de alta directividad sobre substrato de silicio para frecuencias milimétricas.
(2020) Lázaro Rada, Marcos; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
En este proyecto se mostrará el diseño realizado de una antena en tecnología EBG a frecuencias milimétricas, para su posterior fabricación en la sala limpia del laboratorio. El objetivo es realizar un diseño en frecuencias milimétricas de una antena de cavidad EBG que pueda fabricarse utilizando un substrato de silicio como cavidad y una rejilla de superestrato como reflector para la propagación dentro de esta. Se obtendrán las dimensiones de la cavidad y del puerto de alimentación para diseñar posteriormente la antena completa. El diseño se ha realizado en torno a 115 GHz y se busca como objetivo conseguir una directividad cercana a los 20 dBi con una sola fuente de alimentación. Inicialmente se muestra el diseño del EBG o superficie parcialmente reflectiva para utilizarlo como superstrato de la cavidad. Para el diseño del mismo se ajustará la frecuencia de resonancia de la cavidad suponiendo un EBG infinito a la vez que se ajusta la reflectividad del superstrato.
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Diseño de antena metamaterial de baja RCS y alta directividad
(2023) Gonzalo Palacios, Pablo; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
En los últimos años en el campo de investigaciones militares se han estudiado numerosos métodos de reducción de la sección recta radar para conseguir que los objetos no sean detectados mediante señales radar. Asimismo se intenta que las antenas utilizadas sean lo más directivas posibles para poder conseguir ver objetivos más lejanos y con mayor nitidez. El problema radica en que cuanto más directiva es una antena mayor es su sección recta radar, por lo que, resulta más fácil que sea detectada mediante el radar. En este contexto proponemos realizar una antena con alta directividad y baja sección recta radar haciendo uso de la tecnología de metamateriales. La aplicación de la tecnología de metamateriales al campo de la antenas ha abierto nuevas posibilidades para los diseñadores ya que se pueden beneficiar de las distintas propiedades que estos presentan. Por un lado, se pueden aplicar para aumentar la directividad de antenas planas, mediante la creación de estructuras Fabry-Perot y por otro lado, combinando adecuadamente distintas estructuras metamateriales planas se puede reducir la Sección Recta Radar (RCS) de objetos, minimizando así su detectabilidad. Por lo tanto, el objetivo principal del proyecto consiste combinar ambas propiedades en el diseño de una antena con alta directividad basada en estructuras Fabry-Perot, en la que la propia capa metamaterial que genera el incremento de directividad reduzca la RCS del conjunto de la antena.
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Diseño de dos arrays de antenas en tecnología plana con polarización lineal y circular a 60 GHz
(2017) Balduz Bertol, Asier; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Hoy en día el uso de las comunicaciones inalámbricas sigue creciendo de una forma exponencial, lo que está produciendo una rápida congestión de las bandas frecuenciales inferiores. Dicha congestión hace que las aplicaciones en las bandas frecuenciales altas resulten cada vez más atractivas. La próxima generación de comunicaciones móviles, por ejemplo, ha designado la banda de ondas milimétricas a 60 GHz como su principal frecuencia de operación. Es por ello que la necesidad de diseñar antenas que operen en este rango de frecuencias este cobrando cada vez más interés. Este proyecto tiene como objetivo el diseño y simulación de dos arrays de antenas parche microstrip, uno con polarización lineal y otro con polarización circular, a la frecuencia de 60 GHz, utilizando para ello distintos métodos de alimentación, distintas configuraciones para la obtención de la polarización circular, así como la variación del número de parches. El diseño a alta frecuencia hace que las dimensiones de los dos arrays sean de unos pocos milímetros, lo que complica el proceso de fabricación. Es por ello que dicho diseño se va a realizar con el objetivo de poder fabricar ambos arrays mediante un método de bajo coste, así como en una única capa. Se ha seleccionado un sustrato de tipo Rogers 5880, con una altura de 0.127mm y una distancia entre antenas de 0.6𝜆��0.que evita la aparición de los grating lobes. Para el diseño del array de antenas parche microstrip con polarización lineal, se comenzará con el cálculo de las dimensiones del parche microstrip a integrar en el array para seguidamente estudiar qué forma de alimentación es la que mejor encaja en el diseño. A continuación, se ira variando el número de antenas parche microstrip hasta alcanzar la configuración óptima NxN que ofrezca una directividad en torno a los 20 dBi. Para el diseño del array de antenas parche microstrip con polarización circular, se comenzará por la generación de polarización circular en un parche microstrip que mejor se adapte al diseño. Seguidamente y mediante la reutilización de diferentes partes diseñadas en el array de polarización lineal, se ira variando el número de antenas parche microstrip y observando la evolución del axial ratio, parámetro que refleja el tipo de polarización, hasta alcanzar la configuración óptima NxN que ofrezca una directividad en torno a los 27 dBi.Tras el diseño y simulación de ambos arrays, se ha incorporado un conector de 1.85mm con el fin de observar si dicha inserción varia los resultados obtenidos. Se han presentado dos diseños que cumplen con las especificaciones tanto de directividad como de axial ratio, en el caso de la polarización circular. Dichos diseños han finalizado con un array de 64 antenas parche y dimensiones de 30x30x0.127mm para el caso de polarización lineal y con un array de 256 antenas parche microstrip y dimensiones de 60x60x0.127mm para el caso de polarización circular. Al final de proyecto se muestran las conclusiones obtenidas, así como las posibles líneas futuras
Embargo
Diseño de metasuperficie activa para reducir la RCS de antenas
(2024) Muro Pérez, Aitor; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
La aparición de los radares ha significado un gran cambio en el desarrollo de los combates bélicos. Tanto que en la primera guerra mundial se desarrolló el primer sistema de reducción de la sección recta radar (RCS) buscando obtener una ventaja contra el enemigo. Desde entonces, e incluso hoy en día, ambas tecnologías siguen desarrollándose con gran importancia en el mundo militar. El objetivo de este proyecto es el estudio y diseño de una metasuperficie que mediante dispositivos activos, abra y cierre una ventana de transmisión ocultando una antena, de modo que se pueda transmitir con RCS reducida en las bandas contiguas a la ventana de transmisión, y cerrar la ventana reduciendo la RCS en la banda de operación cuando se deseé. La metasuperficie utilizada para este fin está compuesta de dos estructuras principales, la superior, que afecta principalmente a la fase mientras que la inferior afecta principalmente a la ventana de transmisión. En primer lugar se estudia cómo afecta la variación de los distintos parámetros de las estructuras que componen las distintas capas a las propiedades para la reducción de RCS, realizando después una optimización tanto para sustrato FB4 como para Rogers 5880. Además se estudian también otro tipo de estructuras que podrían llegar a tener propiedades interesantes para la reducción de RCS, como son los parches o las cruces de Jerusalen, ya que por su simetría permiten su utilización en configuraciones con polarización circular. Posteriormente se realiza el estudio de la implantación de los dispositivos activos en la estructura seleccionada para poder cerrar y abrir la ventana. Para ello se estudia implantar diodos MA4AGBLP912 en la estructura inferior buscando la mejor ubicación. Tras los estudios realizados en celda unidad se incorpora la antena en la configuración. La metasuperficie está pensada para la ocultación de una antena pero se aprovecha su colocación para generar una cavidad que aumente la directividad de la antena de partida. Se realiza un estudio de optimización para aumento de ganancia Fabry-Perot y se observa cómo afecta la metasuperficie en sus diferentes estados a la directividad y RCS de la antena, comparándola además con un metal perfecto, la propia antena de partida y la metasuperficie sin codificaciones chessboard. Se consigue comprobar que se puede modificar activamente la RCSR de modo que se pueda ocultar una antena.
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Diseño de un array de antenas parche con alimentación en serie a 60GHz
(2018) Nieto Escribano, José Manuel; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
En la Sociedad de la Información todo necesita comunicarse. Sectores tan diversos como Agricultura, Deporte, Salud, Industria, Ocio, etc. necesitan de sistemas que hagan posible la distribución de información que en estos ámbitos se genera. Consecuencia de ello es el crecimiento exponencial de tecnologías que emplean comunicaciones inalámbricas y la necesidad de tener cada vez más capacidad de transmisión de datos obliga a que el desarrollo de nuevos componentes que lo hagan posible esté en constante evolución. Es por ello y por la congestión producida en el espectro de frecuencias que la irrupción en las comunicaciones inalámbricas de sistemas que trabajan en las bandas de ondas milimétricas ha sido muy fuerte. Este proyecto se plantea como la continuación al diseño de una agrupación de antenas parche microstrip con polarización lineal, a la frecuencia de 60GHz, que empleando una alimentación en paralelo de sus elementos posee en su diagrama de radiación unos lóbulos secundarios demasiado grandes. Para este diseño se estudia la alimentación en serie de las antenas parche de la agrupación. Con este método de alimentación se consigue que la distribución de corrientes que alimentan las antenas no sea uniforme, es decir, que a mayor distancia de la antena al centro del array menor potencia recibida por la misma y por lo tanto menor potencia radiada. Así se logra reducir el nivel de los lóbulos secundarios del diagrama de radiación. Para obtener el diseño final se comienza por el diseño y simulación de una antena parche microstrip simple y se irán añadiendo antenas parche a dicho diseño hasta alcanzar una agrupación que proporcione una directividad de 21dB y una relación entre el lóbulo principal y secundario de 12dB, que son las especificaciones fijadas para este proyecto. El diseño final constará de una agrupación de 36 antenas parche alimentadas en serie sobre un sustrato dieléctrico Rogers 5880 con 0.254mm de altura.
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Diseño de una antena parche circular dualband con polarización circular para sistemas de telemetría y telecomando de satélites
(2016) Lerena González, Elier; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Este proyecto fin de carrera está centrado en el diseño y análisis de una antena parche circular que trabaje a doble frecuencia en el rango de del enlace descendente de comunicaciones satélite para sistemas de telemetría y telecomando (3.7GHz y 4.2GHz). Para implementar una transmisión apropiada a dos frecuencias en todas las posiciones deben tener polarización circular. La idea final es incluirla la antena diseñada en una agrupación de antenas para lograr mejor polarización circular y usarla para alimentar una antena de superestrato EBG que incremente el área efectiva, aumentando la directividad. Por lo tanto el diseño de la antena realizada en el proyecto se utilizará para alimentar la cavidad de una antena EBG para aplicaciones de TT&C. Para ello, se ha realizado un primer diseño que trabaja con un parche rectangular a una frecuencia alimentado por línea microstrip para posteriormente modelar un parche circular a doble frecuencia con polarización lineal, con ranura y alimentación por sonda coaxial. Este primer diseño funciona a las frecuencias de 3.7 y 4.2 GHz con polarización lineal. Como las aplicaciones de TT&C requieren doble banda de funcionamiento pero con polarización circular se ha diseñado un array de 2x2 parches con rotación secuencial para conseguir polarización circular como primera aproximación. El siguiente paso en el diseño ha sido la adaptación de la antena parche a funcionar con polarización circular en ambas frecuencias. Para ello se han probado diversas opciones como la inclusión de ranuras diagonales, puntos de alimentación extra y arrays para generar polarización circular. Se han obtenido resultados excelentes en cuanto a las frecuencias de funcionamiento y su adaptación, si bien para el caso de polarización circular el diseño se debe optimizar ligeramente para mejorar los niveles de axial ratio. El axial ratio no es menor a 6 𝑑𝐵 en las dos frecuencias. Finalmente se ha simulado un parche circular con 4 ranuras simétricas consiguiendo optimizar la polarización circular.
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Diseño de una antena parche circular dualband para tecnología Wi-Fi
(2012) Espinosa Ilarregui, Amaia; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
En este proyecto fin de carrera se propone el diseño y el análisis de una antena parche circular que funcione en las dos bandas referidas a la tecnología Wi-Fi, según el estándar 802.11. El parámetro S11 deberá ser menor de -10 dB en dichas bandas, o que al menos no superen los -8 dB, y será necesario además cubrir la banda de frecuencia baja (2.41-2.48 GHz) y al menos una de las dos sub-bandas para la frecuencia alta (5.15-5.35 GHz ó 5.42-5.72 GHz), de tal forma que sea la antena unitaria que forma un array o que alimente un antena de superstrato EBG para aumentar la superficie de radiación. Se proponen dos diseños con dos parches resonantes cada uno de ellos. El primero contiene ambos parches en un mismo substrato. Cada uno tendrá una alimentación propia a través de un cable coaxial y uno de ellos (el que resuene a la banda baja) contendrá dos ranuras que excitarán un tercer pico que podría resonar a la tercera de las bandas de funcionamiento de Wi-Fi, y cubrir así el rango completo para dicha tecnología. El segundo diseño, está formado por dos parches apilados y un doble substrato. En este diseño ambos parches (el que resuena a la baja y a la alta frecuencia) son simples sin ningún tipo de ranura o slots. La ventaja es que presenta un único punto de alimentación. Este diseño, cumple los objetivos para la banda baja, pero no para la banda superior (sólo cumple para la mitad de la sub-banda inferior, 5.15-5.25 GHz). Sin embargo este diseño debería cumplir con las especificaciones en las dos bandas tras una optimización más profunda. Como punto final se han simulado las directividades que tendrían ambos diseño si se pusieran como elementos de un array y los resultados han sido bastante favorables, aunque aparecen grating lobes sobre todo para las frecuencias altas, ya que la separación entre elementos es superior a λ. Sin embargo los diseños son válidos para una comunicación Wi-Fi punto a punto.
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Diseño de una estructura plana reductora de la sección recta radar (RCS) basada en metamateriales
(2021) Saltos Paucar, Jonathan Alcides; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola Teknikoa
La aparicion del primer sistema radar hasta su posterior despliegue en la segunda guerra mundial (1939 - 1945) tuvo como consecuencia la necesidad de desarrollar los primeros sistemas antiradar, con la finalidad de evitar ser detectados por el frente enemigo. Tras la finalizacion de la sea guerra mundial hasta el dia de hoy, ambas tecnologias han continuado desarrollandose, denotando la gran importancia que tienen para el ambito militar. El objetivo de este proyecto se centra en el estudio de la reduccion RCS (Radar cross-section) a traves de dos estructuras basadas en Metasuperficies. [1]. Las Metasuperficies se pueden definir como metamateriales 2D, permitiendo controlar de manera flexible las amplitudes y las fases de las ondas reflejadas ya sea individualmente o simultaneamente. [2] En primer lugar, la primera estructura reductora de la RCS bajo estudio se ha analizado para incidencia de una onda plana en direccion normal y dos polarizaciones lineales en las direcciones Ix, Iy. Esta presenta una configuracion tipo Chessboard compuesta por elementos de codificacion “0” y “1” a traves de la rotacion de una figura S de 10º y 100º respectivamente, con la que se consigue rotacion de la polarizacion lineal y una diferencia de fase de 180º (mecanismo de difusion) de manera simultanea. Para la ampliacion de la banda de funcionamiento en la banda de ondas mmw a traves del mecanismo de absorcion, esta se ha combinado en conjunto con elementos tipo RFSS Square de dos capas con valor de impedancia 100 Ω/m y valores de tamaño RFSS (1 mm y 1.5 mm), en este caso no se ha obtenido el resultado esperado, obteniendo un FWB del 114.3 %. De esto modo se ha decidido realizar una optimizacion de los valores de RFSS de partida, dando con unos valores de tamano 1.3 mm y 3 mm, con los que se ha obtenido un FWB del 147% y con la que se consigue la ampliacion de la capacidad reductora RCS en la banda mmw. Por otra parte, se ha comprobado su buen funcionamiento para incidencia oblicua hasta θ =20º, obteniendo un FWB del 108.1 %. La segunda estructura reductora de la RCS bajo estudio se ha analizado para incidencia de una onda plana en direccion normal y dos polarizaciones lineales en las direcciones Ix, Iy. Esta presenta una configuracion tipo Array aleatoria compuesta por rotaciones de -135º, -90º, -45º y 135º de un anillo resonante dividido en forma de C, con la que se consigue rotacion de la polarizacion lineal y una diferencia de fase 180º (mecanismo de cancelacion de fase) de manera simultanea. Sobre esta se ha combinado un elemento absorbente tipo RFSS Square Ring, permitiendo ampliar la reduccion RCS en la banda K, aunque en el articulo se amplia hasta comienzos de la banda Ka, finalmente se ha obtenido
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Diseño y caracterización de antena MTS en tecnología plana para frecuencias milimétricas
(2018) Fernández Urrutia, Sergio; Iriarte Galarregui, Juan Carlos; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Hoy en día, la industria espacial busca optimizar al máximo las prestaciones de todo tipo de componente que formen parte de los satélites. Algunas de las tecnologías por las que compañías espaciales han mostrado interés, y que provee soluciones para la optimización de antenas de comunicaciones, son las basadas en la tecnología de metasuperficies y metamateriales, como los prototipos diseñados en [1]. Estos prototipos dan soluciones más ligeras y de menor volumen que las antenas convencionales utilizadas hasta el momento, por lo que, es una manera de ahorro tanto en la fase de construcción del satélite, como en la fase de lanzamiento, ya que, debido a su ligereza, reduce considerablemente el coste de este último. Uno de estos dos prototipos se ha diseñado en base a tecnologías de metasuperficies (estructuras artificiales diseñadas para presentar características que no se encuentran en la naturaleza). Este prototipo es una antena ultra fina basada en metasuperficie (MTS), compuesta por un sustrato dieléctrico con una permitividad relativa determinada, un plano de masa metálico y un conjunto de pequeños parches metálicos impresos sobre el dieléctrico. Este diseño inédito muestra una antena de metasuperficie innovadora capaz de proveer diagramas de radiación con polarización circular tanto a derechas como a izquierdas, garantizando así comunicaciones robustas y versátiles entre satélites y las estaciones terrestres [1]. Este proyecto tiene como principal objetivo el diseño y simulación de una antena MTS a una frecuencia de 75 GHz, utilizando diversas implementaciones de pixeles para la obtención de la polarización circular, además de la variación del número de pixeles que la forman.