Dpto. Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación - Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren Saila [desde mayo 2018 / 2018ko maiatzetik]

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http://hdl.handle.net/2454/29220

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Dpto. Automática y Computación - Automatika eta Konputazioa Saila

Dpto. Ingeniería Eléctrica y Electrónica - Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoa Saila

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Additive manufacturing-oriented designs for space RF/microwave applications and high-power considerations
(2025) Martín Iglesias, Petronilo; Boria Esbert, Vicente; Gómez Laso, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
This thesis delves into the intricate relationship between additive manufacturing and high-power operation within the field of RF/microwave components. Two fundamental themes guide this research: advancements in materials and a deep understanding of material characterization, particularly focusing on the impact of properties like surface roughness on Secondary Electron Emission (SEE) and high-frequency performance. These themes are deeply intertwined, with a comprehensive grasp of one significantly influencing the others. For instance, a thorough understanding of a specific additive manufacturing process and its inherent characteristics is crucial for optimizing the design of components that fully exploit the process’s unique capabilities, streamlining the design and analysis phases, and ultimately pushing the boundaries of RF performance by increasing power handling or miniaturizing components. This understanding serves as the foundation for selecting the most suitable additive manufacturing process for a given application. Chapters 2, 3, and 4 provide concrete examples of this interplay, demonstrating how surface roughness can be strategically manipulated to minimize multipactor risk and enhance peak power handling, intentionally increased to create effective metal loads with good impedance matching, or carefully reduced to optimize performance at high power levels. Furthermore, this thesis introduces a novel material with exceptional thermal stability, promising significant advancements in high-power device performance by offering a compelling pathway towards improved thermal conductivity and enhanced operational stability.
Open Access
Contribuciones al desarrollo de sensores fotónicos para detección de gases
(2025) Gallego Martínez, Elieser Ernesto; Ruiz Zamarreño, Carlos; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Los sensores ópticos basados en resonancias han tenido un papel protagónico en el desarrollo de diversas tecnologías, especialmente aquellos basados en modos con pérdidas en los últimos quince años. Una de sus aplicaciones con mayor auge es la detección de gases. En esta tesis se presentan los resultados obtenidos en el desarrollo de sensores ópticos basados en resonancias para la detección de gases. Se aborda el estado del arte de las tecnologías de sensores basados en resonancias, incluyendo los SPR (Surface Plasmon Resonance, resonancia de plasmón de superficie) y LMR (Lossy Mode Resonance, resonancia de modos con pérdidas) en la detección de gases y compuestos volátiles orgánicos. Los esfuerzos se centran en aspectos fundamentales como: el empleo de sustratos que permitan la fabricación de sensores basados en resonancias LMR y HMR (Hyperbolic Mode Resonance, resonancia de modo hiperbólico) en longitudes de onda lo más largas posible en la región infrarroja empleando materiales como el calcio fluorado (CaF2), y la aplicación de técnicas de inteligencia artificial para mejorar el rendimiento de estos sensores y hacer posible la detección de múltiples gases.
Open Access
Contributions of artificial intelligence based image processing techniques to Multiparametric Magnetic Resonance Thoracoabdominal Imaging
(2025) Oyarzun Domeño, Anne; Villanueva Larre, Arantxa; Fernández Seara, María A.; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
Esta Tesis se centra en el desarrollo de un marco de procesado de imagen basado en aprendizaje profundo, específicamente diseñado para imágenes de tipo arterial spin labeling (ASL), cuyo carácter no invasivo resulta esencial para el estudio de perfusión en pacientes. Se ha abordado la falta de métodos de aprendizaje profundo dedicados al procesado de imágenes ASL, específicamente en imágenes renales y se ha demostrado la capacidad de dicho marco de adaptarse a otros dominios, como la imagen médica miocárdica. Los avances clave que aporta esta Tesis incluyen la implementación de técnicas de registro de imágenes, segmentación y generación de bases de datos sintéticos. Se ha introducido una adaptación de la arquitectura VoxelMorph para el registro de imágenes ASL en riñones. Además, se ha desarrollado un método de segmentación automática para riñones, corteza y médula, optimizando la estimación de la perfusión renal. Por otro lado, a través del uso de datos sintéticos generados mediante la arquitectura CycleGAN, se ha demostrado que los modelos entrenados con imágenes sintéticas pueden superar a aquellos entrenados con datos reales, enfatizando el valor de los datos sintéticos en la mejora de los modelos de segmentación y en la barrera que supone la escasez y privacidad de los datos clínicos. Asimismo, el marco de procesado de imagen desarrollado ha establecido un sistema totalmente automatizado para estimar los valores de perfusión renal. Para asegurar la adaptabilidad a otros dominios clínicos, se han explorado imágenes ASL de miocardio, y se ha presentado un método automático para la segmentación del miocardio en ASL, que proporciona una estimación del flujo sanguíneo miocárdico. En general, esta Tesis contribuye significativamente al campo de la imagen médica al abordar desafíos clave en el procesamiento de imágenes ASL en riñón y miocardio a través de técnicas basadas en aprendizaje profundo, mejorando las capacidades diagnósticas y sentando las bases para futuros avances en técnicas de imagen médica no invasiva.
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Control grid-forming de turbinas eólicas basadas en generadores asíncronos doblemente alimentados
(2025) Oraa Iribarren, Iker; López Taberna, Jesús; Samanes Pascual, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
El gran crecimiento de las energías renovables dibuja en el futuro cercano un escenario en el que las redes eléctricas pasarán a estar dominadas por fuentes de generación renovable, como la eólica. En este contexto, las estrategias de control grid-forming se presentan como una solución prometedora para que estas fuentes, conectadas a la red mediante convertidores de potencia, puedan suplir los servicios que tradicionalmente han sido proporcionados por los generadores síncronos de las grandes centrales convencionales. Las estrategias de control grid-forming desarrolladas hasta la fecha se han aplicado principalmente en sistemas fotovoltaicos y eólicos de tipo full-converter (FC). En estos sistemas se ha estudiado la implementación de estructuras de control tanto sin lazos internos como con lazos internos, y diversos estudios han concluido que las estructuras sin lazos internos pueden ofrecer ventajas en términos de estabilidad y dinámica. También se han propuesto estrategias de control grid-forming para turbinas eólicas basadas en generadores asíncronos doblemente alimentados (DFIG), estructura predominante en los parques eólicos onshore. Sin embargo, la aplicación de estructuras de control sin lazos internos aún no ha sido explorada en estos sistemas. Por ello, el objetivo de esta tesis es evaluar si las estrategias de control sin lazos internos son igualmente aplicables en aerogeneradores DFIG y si pueden ofrecer beneficios frente a las estructuras con lazos internos propuestas en la literatura. Para ello, se han abordado las siguientes líneas de trabajo: 1. Obtención de un modelo lineal que permita caracterizar la respuesta dinámica completa de los aerogeneradores DFIG controlados en modo grid-forming. 2. Diseño de una estrategia de control grid-forming sin lazos internos que garantice la estabilidad del sistema, asegure la protección del convertidor frente a sobrecorrientes y cumpla con los códigos de red. 3. Evaluación de los potenciales beneficios de la estrategia de control diseñada, en comparación con las estrategias de control grid-forming propuestas en la literatura para aerogeneradores DFIG.
Embargo
Desarrollo de plataformas fotónicas sensoras para la detección de biomarcadores
(2025) Benítez Pérez, Melanys; Matías Maestro, Ignacio; Socorro Leránoz, Abián Bentor; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Esta tesis ha contribuido al desarrollo de biosensores basados en Resonancias de Modos con Pérdidas (Lossy Mode Resonance, LMR) al proponer la transición en el uso de fibra óptica a sustratos planos, destacando su simplicidad, bajo coste y gran versatilidad. Se presenta el desarrollo de una plataforma microfluídica basada en LMR en guía de onda plana y su aplicación en la detección de biomarcadores como anti-IgG, gliadina, antigliadina, VEGF e IL-6. Se comprueba el desempeño de los biosensores al utilizar tres estructuras de nanorecubrimientos—TiO₂, SiO₂+TiO₂ y Au+TiO₂—las cuales han probado su utilidad en la generación de LMRs y en la mejora de sus propiedades. Se emplean nanopartículas de oro, por primera vez, para amplificar la señal de los LMRs, logrando una mejora significativa en la sensibilidad. Los resultados obtenidos demuestran la versatilidad y eficacia del sistema propuesto y confirman que la plataforma microfluídica y el diseño basado en sustratos planos constituyen una base sólida para el desarrollo de dispositivos LMR adaptables a una amplia variedad de aplicaciones en áreas como la medicina, la biotecnología o la industria alimentaria.
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Desarrollo y validación de novedosos sistemas para el análisis de fibras textiles basados en inteligencia artificial: aportes tecnológicos para la evaluación de fibras textiles
(2024) Quispe Bonilla, Max David; Serrano Arriezu, Luis Javier; Trigo Vilaseca, Jesús Daniel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
Las fibras de origen animal presentan características que determinan su calidad, precio y confortabilidad, siendo el diámetro y el tipo de medulación especialmente importantes. Considerándose las fibras meduladas un problema para la industria textil, ya que aumenta la sensación de picazón en la piel y la heterogeneidad de los tejidos, conllevando a una disminución de la calidad de la fibra, por lo que, disponer de instrumentos prácticos para identificarlas es muy esencial. Por otro lado, algunas fibras dependiendo de la especie de la que provienen, son considerablemente más económicas que otras. De ahí la existencia de productos falsificados, lo cual perjudica tanto a los productores legítimos como a los consumidores. La espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) puede extraer una forma de onda característica de las fibras que posteriormente se puede utilizar para su clasificación. Sin embargo, la inspección visual de tales formas de onda es imprecisa. Paralelamente, la Inteligencia Artificial (IA) es un campo emergente que podría ser útil en esta área de estudio, ofreciendo nuevas posibilidades y avances significativos. Por ello, el primer objetivo de esta tesis fue desarrollar y validar un novedoso sistema automático (denominado S-Fiber Med) para la evaluación de la medulación y el diámetro de las fibras animales basado en inteligencia artificial, y el segundo objetivo, fue desarrollar y validar dos modelos de aprendizaje automático (machine learning), denominados, Redes Neuronales Profundas (DNN, del inglés Deep Neural Network ) y Máquina de Vectores de Soporte (SVM, del inglés Support Vector Machine), para clasificar espectros de fibras por especie. Para el primer objetivo, se evaluó la medulación de 88 muestras de fibras de alpaca, llama y mohair (41, 43 y 4 muestras, respectivamente). Además, se consideraron 269 muestras de alpacas para la media de diámetro de fibra (MDF) y los resultados se compararon con los métodos Portable Fiber Tester (PFT) y Optical Fibre Diameter Analyser (OFDA) (72 y 197 muestras, respectivamente). Para el segundo objetivo, se adquirió espectros de fibras utilizando un espectrómetro FTIR en modo de Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR). Se evaluaron muestras de camélidos (alpaca: n = 51, llama: n = 50, vicuña: n = 50) y cabra (mohair: n = 35 y cachemira: n = 20), de las cuales se obtuvieron 1,236 espectros FTIR-ATR. Los resultados de nuestro primer objetivo indican que no hubo una diferencia significativa entre el porcentaje de medulación obtenido con el microscopio de proyección y el S-Fiber Med. El análisis de correlación de Pearson y Concordancia muestran una relación fuerte, alta y significativa (valor p < 0.001). Las MDF de las muestras de fibras de alpaca y llama obtenidos con los dos métodos son muy similares, ya que no se encontró una diferencia significativa para la Prueba t (valor p > 0.172), y tienen una relación fuerte, alta y significativa entre ellos, dado el alto valor de correlación de Pearson (r ≥ 0.96 con valor p < 0.001), alto coeficiente de Concordancia y factor de corrección de sesgo. Se encontraron resultados similares al comparar el PFT y el OFDA100 con el S-Fiber Med. Mientras que en los resultados de nuestro segundo objetivo se observaron algunas diferencias visuales entre los espectros de las diferentes especies. Al evaluar los modelos DNN y SVM se obtuvieron precisiones de 96.75% y 95.12%, respectivamente. Además, se obtuvo una precisión del 97.8% al evaluar los espectros FTIR-ATR de fibras de Camélidos Sudamericanos (CSA) con DNN, y 97.2% al evaluarlos con SVM. Se logró una precisión del 100% al evaluar los espectros FTIR-ATR de fibras de vicuña con ambos modelos. No se encontraron diferencias significativas (valor de p = 0.368) al comparar el número de aciertos frente al número total de fibras de alpaca, llama, vicuña, mohair y cachemira utilizando DNN. Según los resultados, parece ser que las DNN son más precisas que las SVM. En conclusión, se obtuvo un novedoso sistema que proporciona medidas de la medulación y la MDF de forma rápida (40 segundos/muestra), precisa, exacta y automática. Y por otro lado, las técnicas de espectrometría FTIR-ATR combinadas con modelos de aprendizaje automático son una alternativa confiable para la identificación de CSA y cabras a través del espectro de sus fibras.
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Evaluación del comportamiento energético en condiciones reales de operación de las principales tecnologías fotovoltaicas presentes actualmente en el mercado
(2025) Guerra Menjívar, Moisés Roberto; Parra Laita, Íñigo de la; García Solano, Miguel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
El objetivo general de esta tesis es contribuir al conocimiento del comportamiento en campo de las diferentes tecnologías fotovoltaicas presentes hoy en día en el mercado. Se pretende, de esta manera, comprobar si las expectativas generadas sobre dichas tecnologías, tanto por los fabricantes como por los estudios disponibles en el estado del arte, se corresponden con la realidad observada en las instalaciones comerciales. Para ello, se llevará a cabo una evaluación detallada de diferentes tecnologías, comparando su comportamiento con el de los tradicionales módulos de silicio policristalino Al-BSF, que durante muchos años han dominado el mercado FV. Para alcanzar este objetivo, se dispone de un completo observatorio fotovoltaico formado por generadores de diferentes tecnologías, cuyas condiciones de trabajo reproducen las condiciones que se darían en instalaciones comerciales. Estos generadores se han dotado de un completo sistema de monitorización que permite medir las principales variables eléctricas de los generadores, así como las condiciones ambientales y de operación en las que se encuentran trabajando los mismos. En el capítulo 2 de la tesis se presenta una descripción detallada de dicho observatorio. A partir tanto de los datos registrados como de campañas de medida adicionales realizadas sobre los generadores, se verificará, en primer lugar, la adhesión de los valores medidos de potencia en condiciones estándar a los facilitados por el fabricante en sus hojas de características. Posteriormente se evaluarán aspectos como el comportamiento frente a la temperatura de las distintas tecnologías, su comportamiento a bajas irradiancias, su degradación a lo largo del tiempo y finalmente la influencia total de todos estos aspectos en la producción energética de cada tecnología a lo largo de varios años. Para ello, en esta tesis se prestará especial atención al desarrollo de procedimientos de medida que permitan conseguir un bajo grado de incertidumbre en la comparativa entre tecnologías. Con base a lo comentado anteriormente, en el capítulo 3 se evaluará el comportamiento energético de módulos fotovoltaicos fabricados con silicio de grado metalúrgico mejorado (UMG-Si), intentado determinar si esta es realmente una alternativa viable al polisilicio empleado en la fabricación de módulos. En el capítulo 4 se presentan los resultados de un análisis realizado sobre el comportamiento energético de distintos módulos de capa fina (a-Si/μc-Si, CdTe, CIS y CIGS), identificando los principales factores que influyen en las diferencias de producción entre ellas. Finalmente, en el capítulo 5 se analiza las ganancias bifaciales obtenidas a lo largo de dos años con módulos bifaciales de tecnología PERC tipo p en un entorno desértico como el de Atacama, Chile. En este capítulo se evalúa, asimismo, la posible diferencia en la ganancia energética que se puede obtener si se utilizan seguidores especialmente diseñados para albergar módulos bifaciales en lugar de utilizar seguidores convencionales.
Open Access
Gain and loss in quantum optical systems
(2024) Hernández Martínez, Osmery; Liberal Olleta, Íñigo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
Las pérdidas solían considerarse una némesis en la óptica, que siempre debía evitarse o compensarse. En cambio, la ganancia supondría un recurso valioso, permitiendo mitigar las pérdidas y aumentar la potencia de la señal. Sin embargo, la investigación ha difuminado dichos límites, demostrando que el papel de ambas no puede catalogarse simplemente de esta manera. Por ejemplo, las pérdidas dan acceso a efectos no lineales en dispositivos lineales, y la ganancia lineal introduce ruido adicional en un sistema cuántico. Es indiscutible que sus roles en la óptica cuántica no pueden ignorarse, y este es el camino que sigue esta tesis doctoral. En primer lugar, se presenta un método general para calcular las relaciones entrada-salida en cualquier dispositivo lineal con pérdidas de N puertos. El método, basado en la descomposición en valores singulares (SVD, por sus siglas en inglés), permite analizar la interferencia cuántica en el dispositivo y, al mismo tiempo, proporciona una imagen intuitiva de su principio de funcionamiento clásico. La aplicabilidad del método se demuestra aplicándolo al análisis diferentes dispositivos recíprocos y no recíprocos. En particular, el uso de este procedimiento basado en SVD para analizar la interferencia cuántica en un divisor de potencia Wilkinson (WPD, por sus siglas en inglés) revela fenómenos interesantes en el dispositivo. Se demuestra teóricamente que los WPDs dan acceso a transformaciones de estado cuántico de absorción coherente perfecta (CPA, por sus siglas en inglés) en redes CPA de dimensiones reducidas y un menor número de elementos, lo que podría contribuir a disminuir el tamaño y la complejidad en redes ópticas. Además, simulaciones numéricas realizadas sugieren que los WPD pueden diseñarse en una plataforma de silicio sobre aislante aprovechando las pérdidas radiativas. También se investigan sistemas ópticos balanceados con ganancia y pérdidas. En particular, se propone un método que identica los modos propios cuánticos fotónicos de la evolución espacial en guías de onda acopladas ganancia-pérdida, indicando que las estadísticas asociadas podrían medirse utilizando técnicas estándares de detección. De este modo, se estudia la generación de ruido en diferentes guías de onda acopladas, enfatizando su relación con la naturaleza lineal o no lineal del mecanismo de ganancia/pérdida. La existencia de puntos de transición de fase en la estructura de los valores/vectores propios, la posibilidad de que mecanismos de ganancia y pérdida de distinta naturaleza se compensen entre sí, y las propiedades no triviales de las uctuaciones del sistema son algunos de los resultados del estudio presentado, contribuyendo así a una mejor comprensión de los sistemas cuánticos no hermitianos. Por último, pero no por ello menos importante, se presentan resultados relevantes asociados a la teoría de la dispersión. El teorema óptico generalizado se utiliza para derivar los límites superiores de la sección transversal de retrodispersión con polarización cruzada de sistemas integrados con un plano de masa. Además, se identifican estrategias viables para diseñar estos retrodispersores basados en sistemas de dispersión altamente directivos.
Embargo
Intelligent evaluation of quality of experience in interactive cloud services
(2024) Arellano Usón, Jesús; Magaña Lizarrondo, Eduardo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra/Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Esta tesis doctoral se centra en las Aplicaciones Interactivas Basadas en la Nube (CIAs), también conocidas como Aplicaciones Interactivas Distribuidas Basadas en la Nube (CDIAs) o Aplicaciones Interactivas en Tiempo Real (RIAs). Las CIAs, que requieren respuestas en tiempo real a las interacciones de los usuarios, incluyen servicios de escritorio remoto, servicios de juegos en la nube y aplicaciones web interactivas. La calidad de experiencia (QoE), definida por la ITU-T como la aceptabilidad general de una aplicación o servicio percibida por el usuario, es crucial para las CIAs, donde el tiempo de interactividad —el periodo entre la interacción del usuario y la respuesta gráfica— es una métrica clave. La pandemia de COVID-19 aceleró la transición al trabajo remoto, aumentando la dependencia de las CIAs para tareas que van desde la ofimática hasta labores para las que se requieren escritorios remotos. Este cambio subraya la importancia de una monitorización precisa de la QoE para garantizar la productividad y la satisfacción del usuario. En la presente tesis evaluamos las propuestas actuales para la cuantificación de QoE en entornos CIAs, identificando etapas y métricas comunes. Presentamos la herramienta TeCLA, desarrollada para abordar las limitaciones de las metodologías previas de evaluación de QoE. Gracias al despliegue de TeCLA en escenarios reales, la tesis recopila datos para evaluar su efectividad en comparación con los métodos tradicionales, particularmente el uso del Round Trip Time como aproximación del tiempo de interactividad. Los hallazgos respaldan la idoneidad de la metodología propuesta para medir la QoE en entornos empresariales CIA. La tesis valida este enfoque mediante su implementación en un entorno corporativo, ofreciendo un sistema pionero para la detección de anomalías utilizando redes neuronales LSTM. Basándonos en el desarrollo previo de TeCLA, proponemos su evolución, TeCLAe, una herramienta mejorada que captura métricas tanto en el cliente ligero como en el servidor remoto gracias a una configuración de doble agente. TeCLAe proporciona información detallada sobre el comportamiento de la infraestructura y el rendimiento de las aplicaciones, esencial para diagnosticar posibles elementos problemáticos de la infraestructura en despliegues CIAs que pueden degradar la QoE de los usuarios. Gracias al trabajo realizado, se proporciona un marco integral para medir y mejorar la QoE en CIAs, crucial para la creciente adopción de soluciones de trabajo remoto. Las herramientas y metodologías propuestas permiten un monitoreo preciso de la QoE y la detección proactiva de problemas, mejorando la experiencia del usuario, la productividad y la escalabilidad de las aplicaciones interactivas basadas en la nube.
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Microwave and millimeter-wave components aiming for an easy fabrication
(2023) Sami, Abdul; Gómez Laso, Miguel Ángel; Arregui Padilla, Iván; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
This Thesis is intended to develop various novel design techniques to design low-pass and band-pass waveguide filters based on stepped-impedance commensurate lines for various satellite applications. The main objectives of the thesis are to design waveguide filters which are more robust against fabrication errors, with high electrical performance, reduced size and capable of high-power operations. Keeping in mind the objectives of the thesis, the inherent low-pass response of the commensurate line waveguide sections is utilized to design a low-pass filter with meandered topology employing E-plane mitered bends with constant widths to achieve a very compact design for Ku-band but with large mechanical gaps to make the filter design capable for high power operations. The high-power handling capabilities are demonstrated with SPARK3D at various frequencies between 10.7 GHz to 11.7 GHz in the passband in the pass-band. The estimated minimum input threshold power is 20 kW at the highest frequency of the passband. Also, the critical areas inside the filter structures are also identified which are considered to be more prone to multipactor discharge to identify the key design parameters for enhancing the power handling capabilities.
Open Access
Optimization of fiber optic biosensors based on lossy mode resonances
(2024) Santano Rivero, Desiree; Del Villar, Ignacio; Socorro Leránoz, Abián Bentor; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Este trabajo de tesis se centra en el desarrollo y la optimización de biosensores de fibra óptica basados en resonancia de modos con pérdidas (lossy mode resonances, LMR). Tras un análisis exhaustivo de la situación actual, donde se describen y comparan los diferentes tipos de biosensores de fibra óptica entre sí en base a parámetros como sensibilidad, FoM, FMHW y LoD, se desarrollaron diferentes biosensores basados en LMR. Se trabajó con tres estructuras ópticas diferentes: multimodo sin nucleo multimodo o multimode coreless multimode (MCM), fibra de 200 μm sin cladding y fibra tipo D. En ellas se generaron LMRs a través de dos técnicas de deposición de películas delgadas, oxido de estaño mediante sputtering y TiO2/PSS mediante layer by layer sefl asembly. Se demostró la viabilidad de los biosensores basados en LMR desarrollados con las diferentes estructuras de fibra óptica. Con ellos, se pudo detectar biomarcadores de importancia clínica como el biomarcador del Alzheimer proteína Tau o biomarcadores de gravedad durante la infección Covid19: las proteínas C reactiva y dímero D. Además, estas estructuras han permitido implementar optimizaciones sobre biosensores de fibra óptica como el desarrollo de biosensores reutilizables, regenerables y multiparamétricos.
Open Access
Ultra low-frequency energy harvester for SHM sensors in wind turbines
(2024) Castellano Aldave, Jesús Carlos; Carlosena García, Alfonso; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
En este proyecto de tesis multidisciplinar, proponemos el diseño completo, la implementación y la caracterización experimental de una familia de dispositivos de captación de energía residual para alimentar nodos sensores autónomos que monitorizan la salud estructural de los aerogeneradores. Presentamos soluciones innovadoras para aprovechar la energía de las vibraciones inherentes a estas estructuras y convertirlas posteriormente en energía eléctrica utilizable. Para ello se utilizan elementos mecánicos que captan el movimiento vibratorio, componentes electromagnéticos para su transducción a energía eléctrica aprovechable así como circuitos electrónicos para el acondicionamiento de la señal. Las especificaciones propuestas incluyen la funcionalidad con excitaciones en cualquier dirección del plano horizontal, pequeñas aceleraciones por debajo de 0, 1 g y frecuencias muy bajas por debajo de 1Hz. Los dispositivos deben ser compactos para facilitar su manejo y colocación. Para predecir con exactitud el funcionamiento en condiciones de excitación arbitrarias, hemos desarrollado dos modelos matemáticos de interacción electromecánica. El primero es un modelo físico basado en ecuaciones diferenciales que describen el movimiento mecánico bajo las excitaciones previstas y la interacción elástica en términos de un modelo magnético dipolar. La amortiguación se supone viscosa y los parámetros básicos del modelo se ajustan empíricamente. El segundo enfoque de modelización se basa en datos y considera la interacción electromagnética entre imanes y bobinas en movimiento. La amortiguación se modela con mayor precisión distinguiendo entre amortiguación por fricción y electromagnética. Para evaluar los parámetros asociados junto con otros parámetros no físicos en juego, se presenta un procedimiento de identificación. Ha sido necesario diseñar e implementar un montaje experimental ad-hoc, descrito en la tesis, capaz de medir todas las magnitudes necesarias para una correcta identificación. Dadas las particularidades de los captadores de baja frecuencia propuestos, se necesitan soluciones específicas para convertir la energía eléctrica generada en corriente continua utilizable por los nodos sensores. Presentamos dos novedosos elevadores/convertidores AC-DC capaces de operar con tensiones de entrada muy bajas (decenas de milivoltios) y con cualquier polaridad. Se basan en osciladores clásicos modificados para adaptarse a la aplicación. Los harvesters descritos en esta tesis se han caracterizado a fondo experimentalmente en el laboratorio y uno de ellos se está probando sobre el terreno en la góndola de un aerogenerador. Un análisis comparativo de nuestros harvesters con respecto a los pocos que trabajan en condiciones similares, revela un comportamiento muy competitivo. Sin embargo, la potencia generada en la prueba de campo es demasiado baja para alcanzar el objetivo de alimentar un nodo sensor.