Tesis doctorales DIEE - IEES Doktoretza tesiak

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Amorphous glass-coated ferromagnetic wires in microwave engineering
(2013) Liberal Olleta, Íñigo; Gonzalo García, Ramón; Ederra Urzainqui, Íñigo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
En esta tesis se ha estudiado el uso de hilos ferromagnéticos recubiertos de vidrio en ingeniería de microondas. Para este fin, se han formulado modelos analíticos y equivalentes circuitales de la interacción entre un hilo ferromagnético y campos electromagnéticos. Dichos modelos se han utilizado para estudiar los fenómenos más relevantes relacionados con la interacción entre un hilo ferromagnético y campos electromagnéticos, incluyendo la transición de efectos superficiales a volumétricos, y las múltiples peculiaridades del espectro de absorción. Además, se han investigado los límites fundamentales en el equilibrio de potencias presente en interacciones de un hilo ferromagnético con campos electromagnéticos, así como sus implicaciones tecnológicas. Estructuras consistentes en varios hilos ferromagnéticos se han modelado como materiales electromagnéticos artificiales (los cuales pertenecen a la clase de materiales dieléctricos con permitividad controlada por las propiedades magnéticas de los hilos) y superficies artificiales. Basado en estos estudios fundamentales, absorbentes electromagnéticos reconfigurables y sensores de estrés mecánico basados en técnicas de radar se han identificado como las aplicaciones más prometedoras. A este respecto, se han presentado diseños de prueba de concepto de un absorbente de banda ancha con una banda estrecha de reflexión, y un absorbente de banda estrecha. Dichos dispositivos podrían utilizarse en la práctica para monitorizar objetos ocultos a observadores externos, y para mitigar interferencias en comunicaciones inalámbricas. En lo concerniente a sensores de estrés mecánico basados en técnicas de radar, se ha presentado un procedimiento para caracterizar los hilos bajo estreses mecánicos. Utilizando dicha técnica se han caracterizado hilos en los que la posición en frecuencia de la resonancia ferromagnética natural aumenta en función del estrés aplicado. Estos resultados sugieren el uso de hilos ferromagnéticos para monitorizar estructuras arquitectónicas e implantes.
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Characterization of wireless propagation in complex indoor environments
(2015) Azpilicueta Fernández de las Heras, Leyre; Falcone Lanas, Francisco; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
En este trabajo de investigación se ha propuesto un nuevo modelo de propagación determinista para analizar la propagación radioeléctrica en entornos complejos. En primer lugar, se ha realizado un profundo análisis de los modelos de propagación usados más frecuentemente en la literatura. Se demuestra que las técnicas determinísticas en su versión de trazado de rayos o lanzado de rayos consiguen un compromiso entre la exactitud de los resultados y el tiempo de simulación. Por ello, en esta tesis se ha implementado un nuevo método determinista basado en lanzado de rayos. El algoritmo se explica en detalle a lo largo del trabajo, así como un análisis de convergencia con el fin de detener los parámetros óptimos de entrada del algoritmo para mejorar su eficiencia. Además, se proponen dos nuevas técnicas híbridas de aceleración que dan lugar a resultados precisos con un tiempo de simulación considerablemente menor. Finalmente, se han presentado diversas aplicaciones del método propuesto y los resultados de simulación se han comparado con medidas reales logrando buenos resultados con valores de error muy pequeños.
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Contribution to the development of Brillouin optical time-domain analysis sensors
(2016) Urricelqui Polvorinos, Javier; Loayssa Lara, Alayn; Sagüés García, Mikel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
This thesis dissertation concentrates on solving some of the limitations described by proposing novel techniques. The first technique is based on using a phase-modulated probe wave with self-heteroyne detection and RF demodulation in BOTDA sensors. The self-heterodyne detection along with the RF demodulation allows to increase the SNR of vii the detected signal and to recover the amplitude of the Brillouin interaction as well as the phase-shift. The phase modulation allows to measure a phase-shift spectrum that obviously depends on the BFS measurement but also it is tolerant to changes of the pulse power and the attenuation of the fiber. This technique is interesting for dynamic BOTDA sensors, i.e. real-time monitoring sensors, in which attenuation of the optical fiber is a usual issue due to the losses caused by mechanical stress. Furthermore, as the technique is tolerant to changes of the peak power of the pulsed signal, it can tolerate non-local effects. This allows to increase the SNR by the increment of the probe power. Furthemore, this BOTDA sensor has been combined with a well-known technique, called differential pulse-width pair technique. It allows to enhance the spatial resolution without broadening the measured spectrum. In this case, the technique was applied to amplitude and phase-shift measurements. In addition to it, new approaches of this sensor based on the deployment of multiple pulsed signals with special features have been deployed to mitigate the effect of modulation instability and to reduce the measurement time in dynamic BOTDA sensors. A second technique proposed during this thesis dissertation is the BOTDA sensor using a probe wave whose optical frequency is modulated along the distance of the fiber. As mentioned before, if the BFS of the fiber is uniform, the effect induced by non-local effects is more detrimental. Consequently, if the probe wave changes along the fiber, the Brillouin interaction is not longer uniform and the probe power can be increased. Moreover, this technique also allows to reduce the noised added to the probe wave due to amplification of spontaneous Brillouin scattering components overcoming both limitations of the probe wave. Consequently, the proposed technique allows to considerably increase the precision of the sensor. In addition to it, the second technique is also useful to generate distributed Brillouin amplifiers (DBA). Combining the DBA with a standard BOTDA sensor, the DBA can transfer energy to the pulsed signal at the final kilometers of the fiber, i.e. the fiber section in which the pulsed signal has a low power due to the suffered attenuation. Therefore, the system allows to increase the detected SNR of the measurement. Finally, the thesis presents a study of the different noise sources that could affect to BOTDA sensors. Different noises sources such as double Rayleigh scattering generated by the probe wave or phase-to-intensity noise conversion in the SBS process are theoretically and experimentally analyzed. The study points out some guidelines of the importance of each noise for the different distance ranges in BOTDA sensors.
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Contribution to the development of distributed fiber optic sensors based on stimulated Brillouin scattering
(2014) Zornoza Indart, Ander; Loayssa Lara, Alayn; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 13326; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Fiber optic sensors are becoming a disruptive technology in monitoring integrity of structures. Their low loss, electromagnetic immunity, remote sensing possibilities, multiplexing possibilities and light weight are very attractive in field measurements. Also, the possibility of performing distributed measurements is only possible with fiber optics. In distributed fiber sensors the fiber itself is the transducer, and the measurement of a given parameter i.e. temperature, strain… is given continuously along the fiber at a given spatial resolution, without blind spots. Between the different types of fiber optics distributed sensors, the ones based on stimulated Brillouin scattering are the most promising technology, since they potentially allow high resolution measurements in tenths of kilometer long fibers. However, field applications of these sensors require better performance: faster response sensors in hundreds of kilometer long fibers, at high resolutions (better than 1 meter) at the lowest possible cost. This thesis contributes to the development of fiber optics sensors based on stimulated Brillouin scattering in that direction. We first develop theoretical models so as to study the behavior of the sensor and focus in the main limitations these sensors manifest. Then, after studying different solutions in the literature, we show our contributions. A sensing setup, based on the RF-shaping of pump pulses is presented as a solution to simplify the sensor setup. Furthermore this setup helps in extending the overall sensing length by minimizing non-local effects. An alternative to the common Brillouin spectrum scan, exploiting the wavelength dependence of Brillouin frequency shift, is introduced. This adds a new degree of freedom to the existing Brillouin based sensors. The work carried out during a research stay in Aversa, Italy, is also explained. It consists in a technique, TDM-BOTDA, which enhances the SNR in detection and minimizes non-local effects, improving the sensor performance. In order to integrate point sensors in a distributed sensors network, two designs are proposed and demonstrated. They take advantage of Raman distributed amplification so as to reduce the loss generated by long fibers and multiplexing. Finally, the application of coherent light-wave systems to BOTDA is studied by the introduction of BOTDA sensors with self-heterodyne detection. Self-heterodyne BOTDA sensors increase the SNR in detection considerably. Furthermore, they add the possibility of measuring the Brillouin phase shift generated along the fiber. This is very important, since it enables the possibility of performing dynamic measurements which are independent of loss.
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Contribution to the development of new photonic systems for fiber optic sensing applications
(2015) Bravo Acha, Mikel; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En este trabajo de doctorado se presentan nuevos sistemas y subsistemas de sensores de fibra óptica. Así, se proponen y desarrollan nuevas técnicas, componentes y tecnologías basadas en láseres de fibra con espejos distribuidos (random), fibras de cristal fotónico, estructuras de luz lenta, multiplexores de inserción y extracción (add and drop), conmutadores tele-alimentados por luz, reflectometría óptica tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia o filtros ópticos reconfigurables. También se han demostrado nuevas aplicaciones para estructuras de sensores tradicionales y técnicas de medida ya conocidas. Todas ellas dirigidas a la mejora del funcionamiento de los actuales transductores, redes de sensores y aplicaciones de monitorización de salud estructural. De este modo, y en primer lugar, se han desarrollado nuevos transductores puntuales. En concreto, dos sensores interferométricos basados en fibras de cristal fotónico y otro basado en una estructura resonante en anillo. También se han realizado diferentes redes de sensores utilizando OTDRs comerciales. Por un lado, se han multiplexado diferentes sensores utilizando una red en forma de bus y, por el otro, se ha interrogado de manera remota un sensor FLM/LPG a una distancia de 253 km sin necesidad de amplificación. Se han estudiado láseres basados en efecto de realimentación distribuida random (RDFB) para su uso en interrogación de sensores. Para ello, se han demostrado dos nuevos láseres multi-longitud de onda y también, por primera vez, se ha modulado un laser random. Después, se han demostrado experimentalmente varias redes de sensores de fibra óptica teniendo en cuenta los principales desafíos que estas presentan: multiplexar varios sensores en una misma red y permitir su monitorización de manera remota. En primer lugar, se han multiplexado sensores basados en la modulación de la intensidad óptica utilizando técnicas de multiplexación en dominio del tiempo. En segundo lugar, se han multiplexado sensores basados en fibras de cristal fotónico. En tercer lugar, se presentan tres nuevos métodos para la medida remota de sensores. Por último, se incluye la demostración de un conmutador de fibra óptica tele-alimentado a través de luz. Éste se utiliza en tres redes diferentes para añadir robustez e incrementar la versatilidad en la multiplexación. Finalmente, se han realizado tres pruebas de campo para aplicaciones de monitorización de salud estructural.
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Contributions to a novel remote control and configuration extension for interoperable Personal Health Devices (PHD) based on ISO/IEEE11073 standard
(2016) Barrón González, Hector Gilberto; Serrano Arriezu, Luis Javier; Martínez de Espronceda Cámara, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
La norma de interoperabilidad ISO/IEEE11073 (X73) fue inicialmente concebida para entornos clínicos en el Punto de Cuidado (POC). La rama más reciente de esta norma, orientada a dispositivos de salud personal (X73PHD), permite el desarrollo de los ecosistemas de monitorización de salud interoperables y trae beneficios tanto a los fabricantes de tecnología (reducción de costos de diseño, intercambio de experiencias y conocimiento, facilidad de comercialización) como a sus usuarios (plug-and-play, accesibilidad, facilidad de integración, precios más competitivos). En el momento de esta escritura, más de 11 especializaciones se han publicado con éxito por el Grupo de Trabajo de X73PHD (PHD-WG). Más recientemente, han aparecido nuevos casos de uso en el PHD-WG que muestran la necesidad de un procedimiento de control remoto para permitir la configuración de parámetros y ajustes del agente desde el manager. La necesidad de definir y modelar estas nuevas funciones de gestión de una manera general y normalizada es clara desde el punto de vista PHD-WG. En este contexto, este trabajo presenta una propuesta para ampliar X73PHD con la inclusión de una definición y procedimientos de configuración y control remoto generales. Con este objetivo, se han analizado estudios previos y los casos de uso relacionados, con control remoto y los resultados se han discutido en el PHD-WG. Los casos de uso incluyen el servicio Holter Inteligente (HOLTIN), el equipo de terapia de apnea del sueño (SABTE), y el monitor de medicación. Además, se propone una clasificación de los resultados para cada caso de uso, los cuales son la base para la propuesta de ampliación de X73PHD para incluir un paquete de control remoto. Trabajos previos tales como el modelo de información de dominio (DIM) clásico (X73-10201) y el paquete de control de POC en su versión borrador (X73-20301) también se han tenido en cuenta. La solución final se ha definido siguiendo las directrices del PHD-WG y la propuesta preliminar del nuevo protocolo de intercambio (X73-20601) se ha compartido con el PHD-WG para su discusión. Por otra parte, esta propuesta se ha implementado como prueba de concepto en una báscula, como configuración básica estándar, y en el dispositivo de grabación de electrocardiograma HOLTIN, el cual requiere de una configuración más avanzada. Como conclusión, los resultados de las implementaciones de prueba de concepto demuestran que la propuesta es adecuada para implementar control remoto en ambos casos de uso y posiblemente estas conclusiones puedan extenderse a otros PHDs.
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Development of advanced structures for optical fiber lasers and sensors
(2015) Rota Rodrigo, Sergio; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Desde la irrupción de la fibra óptica en las telecomunicaciones, han surgido multitud de desarrollos basados en sus propiedades. Así, en las últimas décadas, la rápida evolución de los sistemas basados en fibra óptica, así como la aparición en el mercado de dispositivos como los amplificadores ópticos, los láseres de semiconductor de alta potencia, y otros elementos, ha hecho avanzar considerablemente la investigación en este campo. Además de la utilización de la fibra óptica en telecomunicaciones, han surgido nuevas aplicaciones, generando nuevas familias de dispositivos. Dos de ellas particularmente interesantes, son los láseres de fibra óptica y los sensores de fibra óptica. Ambas familias pueden combinarse de manera que sensores y redes de sensores de fibra óptica pueden interrogarse por medio de láseres de fibra óptica. En este marco de investigación se centra esta tesis, donde se han desarrollado estructuras avanzadas de fibra óptica para láseres y sensores. El objetivo ha sido mejorar las propiedades de los láseres de fibra, sensores y sus sistemas de monitorización, así como abordar los diferentes problemas que éstos presentan actualmente. Los retos encontrados, así como los objetivos de cada sistema, varían en función del tipo de sistema desarrollado. De esta forma, la primera parte de este trabajo ha sido dedicada al desarrollo de láseres de fibra óptica, buscando mejorar sus propiedades en términos de estabilidad, relación señal ruido, modos longitudinales, múltiples líneas de emisión y anchura de las mismas. Se han abordado diferentes tipos de configuraciones clásicas de láseres en anillo y de cavidad lineal. También se han realizado estudios de láseres de cavidad distribuida mediante dispersión Rayleigh (random). Estos láseres han suscitado gran interés en los últimos años dado que no presentan modos longitudinales. Por otro lado en el ámbito de la monitorización de sensores, se han desarrollado transductores ópticos basados en fibras micro-estructuradas, aprovechando las ventajas que éstas presentan en comparación con las fibras ópticas estándar. Finalmente se han desarrollado diferentes configuraciones de sistemas sensores con el objetivo de contribuir a la mejora de alguno de sus parámetros, como su alcance, capacidad de multiplexación, sensibilidad, rango dinámico y estabilidad de los sistemas sensores.
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Development of an auto-calibrated receiver in planar technology at millimetre-wave frequencies
(2015) Rebollo Mugueta, Ainara; Ederra Urzainqui, Íñigo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
This dissertation deals with the development of an auto-calibrated receiver at W-band for Passive Millimetre-Wave imaging applications. The proposed receiver has three main characteristics. Firstly, its differential configuration allows performing the internal calibration of the system. As opposed to total power receivers, this configuration reduces the effect of receiver instabilities. Secondly, it is entirely built in planar technology. As a consequence, a broadband planar antenna could be included in the same substrate resulting in a compact and light receiver. And finally, the W-band auto-calibrated receiver is based on a direct detection scheme which makes it simpler extending the number of receivers. Moreover, it uses commercially available low loss dielectric substrate and MMIC devices such as low noise amplifiers and detectors. This dissertation tackles all the required steps for the development of the W-band auto-calibrated receivers. Firstly, the theoretical analysis of the differential configuration was done highlighting its main advantages. Once this configuration was analyzed, the design of its W-band planar components, i.e. a quadrature hybrid coupler, WR10 waveguide to microstrip transition based on an E-plane probe and Vivaldi antenna fed by a slotline to microstrip transition, and the selection of the MMIC devices, i.e. low noise amplifier, reference load and detector, were carried out. Then, the analysis of the real configuration of the receiver was accomplished, identifying the effect of each component on its performance. After finishing the design, the proposed components were characterized. This process includes, as first step, the analysis of the dielectric constant and loss tangent of several substrates in order to determine their properties in the W-band. Afterwards, an inline WR10 waveguide to microstrip transition, required to characterize multiple planar devices at W-band frequencies with waveguide based measurement equipment was designed, manufactured and validated. This was the basic block used to characterize the manufactured components. Once the performance of these components was verified, the packaging metal block was designed and manufactured. It includes an innovative solution, based on a pin surface, in order to avoid the propagation of undesired modes, which can penalize the performance of the planar receiver. The experimental results prove the suppression of these cavity modes. Finally, the complete W-band auto-calibrated receiver was assembled and characterized in terms of input reflection coefficient, dynamic range, RF-DC response, effective bandwidth and equivalent noise temperature.
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Development of optical fiber humidity sensor based on silver nanoparticles-embedded coatings
(2015) Urrutia Azcona, Aitor; Goicoechea Fernández, Javier; Arregui San Martín, Francisco Javier; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIQ14064.RI1; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
El desarrollo de nuevos materiales y métodos de deposición a escala nanométrica ha supuesto una auténtica revolución en muchas disciplinas de la investigación. En particular, en el campo de los sensores de fibra óptica, los recubrimientos nanoestructurados permiten generar efectos ópticos que no son apreciables mediante la utilización de materiales convencionales. El principal objetivo de esta tesis es la fabricación de nuevos sensores de humedad de fibra óptica basados en nanofibras y películas nanoestructuradas que posean propiedades antibacterianas para aplicaciones que operan en entornos de alta humedad y probacterianos. Para ello, el estudio y síntesis de nanopartículas de plata, y su posterior inclusión en los procesos de fabricación de recubrimientos como electrospinning y Layer-by-Layer han sido analizados para la fabricación de películas antibacterianas sobre fibra óptica. De esta forma, se han estudiado y desarrollado en este trabajo diferentes arquitecturas sensoras basadas en campo evanescente, resonancias basadas en plasmones superficiales localizados y modos de pérdidas, y fibras tipo Long period gratings.
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Development of terahertz systems for imaging applications
(2015) Maestrojuán Biurrun, Itziar; Gonzalo García, Ramón; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
El principal objetivo de esta tesis fue el estudio y desarrollo de tecnología, concretamente mezcladores armónicos, trabajando a frecuencias de milimétricas y sub-milimétricas con el fin de implementar sistemas para aplicaciones de imagen.
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Dosimetric study of the radiolectric influence of humans into complex environments through determistic simulations and the implementation of a simplified model
(2014) Aguirre Gallego, Erik; Falcone Lanas, Francisco; Serrano Arriezu, Luis Javier; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
The research presented in this thesis falls under the framework of dosimetry and deterministic estimations. A dosimetric study is carried out with the aid of a 3D Ray Launching simulation technique, by means of an in-house developed code at UPNA. Dosimetry is defined as the calculation of the absorbed dose when a tissue is exposed to electromagnetic radiation, in this case, non-ionizing radiation. It has reached a great importance since a part of the society starts to show concern about the exposure of people to artificial exposures caused by mobile phones or Wi-Fi networks. In fact, some entities (administrations and health bodies) are involved in the regulation and the release of guidelines about this subject. The objective of this thesis is to study dosimetry through 3D Ray Launching simulation technique, calibrating it by the implementation of several scenarios where the simulation tool is tested throughout the comparison of theoretical and measurement results. A simplified human body has been also developed with the aim of employing it in different scenarios, performing dosimetric estimations and providing insight on its influence in the electromagnetic power distribution inside an indoor scenario. Finally, obtained results are compared with different guideline thresholds giving an idea of the compliance of the law when usual wireless communication systems are emitting.
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Frequency responses and synthesis methods for advanced microwave applications
(2014) Lujambio Genua, Aintzane; Lopetegui Beregaña, José María; Gómez Laso, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this thesis, a new approximation procedure based on digital filter design techniques and a direct synthesismethod based on inverse scattering are proposed to provide flexibility to themicrowave filter design process. The combination of bothmethods has been used for the design, fabrication, and measurement of a multiband filter. Further modifications have been done in the design to improve its integration using the latest Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC)multilayer technology. Different type of rectangular waveguide filters with smooth profiles have been presented that provide wideband rejection, high power handling capability and higher order mode suppression, typical specifications of satellite communication systems. The analysis of the proposed devices makes special emphasis on multi-mode effects, which are analyzed using a home-made mode-matching program that allows to obtain the evolution of themodes and the coupling between theminside the structure. Finally, dispersive delay lines (DDLs), the basic elements of analog signal processing systems, have been considered in detail. After a review of the state of the art, a new method to design chirped delay lines (CDLs) in coupled-lines is proposed and validated by the design, fabrication, and measurement of a device aimed for Ultra Wideband signal processing. In addition, several CDLs in coupled lines are designed to compensate the chromatic dispersion of optical communication systems obtaining very good results for relatively short optical links.
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Gaze estimation: a mathematical challenge
(2017) Sesma Sánchez, Laura; Díaz Lucas, Silvia; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
El interés en los sistemas de eye tracking está creciendo significativamente en la actualidad. Aunque la tecnología de eye tracking puede parecer nueva, el estudio del movimiento del ojo ya empezó a principios del siglo XIX y los primeros sistemas de eye tracking basados en video-oculografía surgieron a principios de los años ochenta. Los eye trackers han estado limitados principalmente a la investigación y a las personas con discapacidad, pero en los últimos años el uso de esta tecnología se está expandiendo. Los sistemas de eye tracking pueden cambiar la forma de interactuar con los dispositivos cotidianos. El objetivo de esta tesis es facilitar el uso general de esta tecnología. Con este fin, los eye trackers tienen que ser baratos, precisos y permitir al usuario mover la cabeza libremente. Hay un gran interés en estimar la mirada con una sola cámara web, ya que casi todos los dispositivos incluyen una, y en reducir el número de luces infrarrojas. Sin embargo, el eye tracking basado en una cámara web supone nuevos desafíos tales como un campo de visión más amplio y una calidad de imagen inferior. En esta tesis, la precisión y robustez de métodos de estimación de la mirada existentes basadas en una cámara y dos luces infrarrojas son evaluadas para un rango amplio de movimiento de cabeza cuando se utiliza una cámara web. Una de las principales fuentes de error en la estimación de la mirada es la precisión de los detectores de características, por ello se analiza el impacto de las características de la cámara en los errores de detección de características. La ventaja de usar una cámara web es que el gran campo de visión permite capturar ambos ojos. El uso de datos binoculares es explotado para diseñar nuevos métodos de estimación de la mirada. La mayoría de los métodos de estimación de la mirada existentes se basan en al menos dos luces infrarrojas para proporcionar robustez al movimiento de cabeza. En esta tesis, se proponen y evalúan métodos de estimación de la mirada que sólo requieren de una cámara y una sola luz infrarroja manteniendo una robustez aceptable al movimiento de cabeza. También se presentan e investigan métodos de estimación de la mirada que no requieren luz infrarroja. Además, se proponen los procesos gaussianos como una alternativa a las regresiones polinomiales.
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Integración de tecnologías inalámbricas en sistemas de control y monitorización
(2014) Nazábal Urriza, Juan Antonio; Falcone Lanas, Francisco; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
En este trabajo se explora el concepto de ‘Internet of things’ y la integración de diferentes tecnologías de sensado en un mismo sistema de monitorización y control remoto. Básicamente la idea consiste en que todo esté conectado con todo a través de una red de transporte genérica aunque la red utilizada en este trabajo ha sido Internet debido a su alcance prácticamente global. Existen diferentes tecnologías de sensado a utilizar con sus diferentes ventajas e inconvenientes y en este trabajo s se propone el uso conjunto de algunas de ellas. Por un lado se propone el uso de dispositivos inalámbricos basados en IEEE 802.15.4. Debido a que presentan un bajo consumo y poseen una baja tasa de transmisión los convierten en buenos candidatos a la hora de su utilización en redes de sensores. Además se comentan las características radioeléctricas de los mismos, así como los principales problemas radioeléctricos asociados, cobertura, calidad de enlace, etc. También se estudia su uso en sistemas de baja movilidad así como su uso colocados sobre el cuerpo humano. Otra tecnología interesante a integrar es KNX. Este estándar domótico posee una amplia experiencia y lleva mucho tiempo en el mercado. Además existen multitud de diferentes modelos de dispositivos de diferentes fabricantes. En este trabajo se habla de cómo acceder a los datos del bus KNX mediante USB y también mediante redes IP utilizando el protocolo KNXNet/IP. Además se comentan los principales inconveniente del mismo y se propone un cambio en el protocolo para subsanarlos. Finalmente una tecnología que proporciona grandes ventajas es la fibra óptica. Dentro del amplio abanico de posibilidades, este trabajo se centra exclusivamente en el uso de sensores basados en redes de difracción en fibra (FBG). Se comenta la dificultad de acceso a los datos de los sensores en equipos de fibra óptica debido principalmente a la falta de estandarización. Finalmente se muestra tres casos concretos de dispositivos ópticos y el mecanismo necesario para acceder a los datos de los sensores conectados a los mismos. En último lugar se comentan varias implementaciones prácticas de diferentes sistemas de monitorización remota con la integración de dos o más de las tecnologías mencionadas anteriormente.
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Low power channel selection filtering for highly integrated wireless receivers
(2013) García Alberdi, Coro; López Martín, Antonio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this research work, low-voltage and low-power techniques have been applied to implement novel analog circuits, mainly Gm-C filters. The structure of the thesis follows a bottom-up scheme: basic techniques at device level are proposed in the first place, followed by the introduction of novel circuit topologies at cell level, and finally the achievement of new designs at system level. At device level the main contribution of this work is the employment of Floating-Gate (FG) and Quasi-Floating-Gate (QFG) transistors in order to reduce the power consumption. By using them, new topologies are proposed at cell level, being a high-performance tunable class AB transconductor well adapted to low power and low voltage environments the most important one. This circuit employs a resistive divider implemented by MOS transistors operating in triode region as tuning scheme. Regarding system level, new designs have been achieved by employing these novel cells. In fact, as a final result, this dissertation introduces a new tunable highly-linear third-order Butterworth low-pass Gm-C filter, suitable for channel selection filtering in a Zero-IF receiver. Automatic tuning systems are also proposed to improve it. Moreover, a VGA is also implemented by employing the same basic cell. It operates with constant bandwidth for all the gain settings. Both are important blocks in a Zero-IF wireless receiver. All the proposed circuits have been fabricated using a 0.5μm doublepoly n-well CMOS technology, and the corresponding measurement results are provided and analyzed to validate their operation. Furthermore, different approaches to obtain the final designs are discussed together with theoretical analysis to fully explore the potential of the resulting circuits and systems in the scenario of low-power low-voltage applications.
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Metamaterials and extraordinary transmission structures applied to microwave, millimeter and terahertz waves devices
(2017) Rodríguez Ulibarri, Pablo; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Los metamateriales aparecen en los primeros años del siglo XXI como materiales artificiales que presentan un comportamiento electromagnético de alguna manera exótico. Al mismo tiempo, se descubre un nuevo fenómeno denominado transmisión extraordinaria. Ambas disciplinas conllevaron a una revisión profunda del electromagnetismo básico aunando dos comunidades científicas que últimamente permanecían desligadas, las microondas y la óptica. Además, tanto los metamateriales como la transmisión extraordinaria fueron explotados para desarrollar nuevos dispositivos para un amplio abanico de aplicaciones tales como seguridad, comunicaciones o espectroscopía. En esta Tesis se investiga el uso de dispositivos inspirados en estructuras metamaterial y el fenómeno de transmisión extraordinaria operando a frecuencias de microondas, ondas milimétricas y terahercios. El contenido de la Tesis se puede dividir en tres partes diferenciadas que se relacionan con cada uno de los rangos frecuenciales estudiados, es decir, microondas, ondas milimétricas y terahercios. La primera parte de la Tesis está dedicada a investigar cómo los metamateriales pueden mejorar las prestaciones de un sistema de antenas para aplicaciones radar en el rango de las microondas. La segunda parte trata de forma teórica y experimental diferentes estructuras periódicas bidimensionales que trabajan en el rango de las ondas milimétricas con el fin de estudiar los límites entre el fenómeno de transmisión extraordinaria y regímenes ordinarios, diseñar dispositivos unidireccionales y sintonizables y metasuperficies con una respuesta angular no convencional. Finalmente, la tercera parte de la Tesis, hace extensible el uso de estructuras periódicas bidimensionales para aplicaciones de sensado a frecuencias de terahercio.
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Metamaterials and plasmonics applied to devices based on periodic structures at high frequencies: microwaves, terahertz and optical range
(2016) Pacheco-Peña, Víctor; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Esta tesis muestra el trabajo de investigación desarollado bajo el programa de doctorado “tecnología de las comunicaciones” de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), para el grado de Doctor (PhD) en Ingenieria de Telecomunicaciones. La guía, supervisión y dirección de esta tesis doctoral ha sido desarrollada por Dr. Miguel Beruete Díaz de la UPNA. Durante el programa de PhD, dos estancias internacionales han sido completadas por este estudiante doctoral en las siguientes instituciones: Universidad de Pennsylvania bajo la supervisión de Prof. Nader Engheta (3 meses) y Imperial College London bajo la guía de Dr. Miguel Navarro-Cía (2 meses). Los temas tratados en esta tesis son desarrollados en milimétricas, terahercios y frecuencias ópticas. Se usan principalmente metamateriales y estructuras periódicas en el diseño de diferentes dispositivos como lentes, direccionadores de haz, guías de onda, etc.
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New developments in the THz field for imaging applications
(2014) Etayo Salinas, David; Gonzalo García, Ramón; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Con esta tesis se pretende avanzar en el desarrollo de la tecnología de terahercios (THz) dentro del campo de las aplicaciones de imagen. Actualmente, los THz se presentan como un rango frecuencial muy interesante para la obtención de imágenes, tal y como se ve reflejado en los numerosos trabajos presentes en la literatura. Por otro lado, aunque se han obtenido cuantiosas imágenes en este rango, aun no es posible identificar el material que compone la muestra. Es por esto que uno de los objetivos de esta tesis es completar las bases de datos de materiales existentes actualmente. Para ello, se han implementado diferentes sistemas que permiten la caracterización electromagnética de diferentes materiales en el rango de los THz.
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Optical fiber sensors based on nanostructured materials for environmental applications
(2014) Rodríguez Rodríguez, Adolfo Josué; Ruiz Zamarreño, Carlos; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
La contaminación ambiental es la presencia de agentes físicos, químicos o biológicos presentes en el agua, suelo y aire; siendo perjudiciales para la salud de las personas, así como para la vida vegetal y animal. Las actividades económicas son esenciales para el desarrollo de la sociedad, sin embargo, muchas de estas actividades son una fuente de contaminación constante. Por ejemplo, la fuga de fluidos y gases en plantas industriales afectan negativamente a la salud e higiene para la elaboración de alimentos, bebidas, aditivos y materias primas causando un impacto ambiental y económico negativo en la industria. La búsqueda continua de métodos para el desarrollo de sistemas de medición es una característica de la evolución tecnológica de la humanidad. Las fibras ópticas presentan varias ventajas para ser empleadas en sistemas sensores; tales ventajas son: inmunidad a la interferencia electromagnética, dimensiones reducidas, ligeras, bajas pérdidas, fácil multiplexación y resistencias a la corrosión, entre otras. En general, podemos encontrar una amplia gama de aplicaciones en la industria para el desarrollo de sensores en fibra óptica. Sin embargo, en esta tesis se han seleccionado tres aplicaciones industriales de interés relevante: detección de gas amoniaco a bajas concentraciones, detección de adulteración en bebidas alcohólicas y detección de adulteración de combustibles. Se caracterizan los parámetros de los sensores desarrollados tales como la sensitividad, reversibilidad, reproducibilidad y precisión para la medición de cada tipo de sensor. Los resultados obtenidos en esta tesis serán útiles en el estudio de nuevos materiales aplicables a sensores ópticos, permitiendo la apertura a nuevas vías de investigación en el campo de los sensores en fibra óptica para aplicaciones industriales.
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Plasmonics and metamaterials at terahertz frequencies
(2014) Torres Landívar, Víctor; Beruete Díaz, Miguel; Navarro Cía, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
The research presented in this manuscript falls under the framework of metamaterials and plasmonics. It is mainly focused on applications at terahertz (THz) frequencies, a spectral band located between microwaves and infrared. Metamaterials are advanced materials able to synthesize electromagnetic properties hardly found in natural materials by means of engineering their meta-atoms. Metallic inclusions are commonly used in metamaterials design. At low frequency bands such as microwaves and millimeter-waves, metals behave fundamentally differently than at infrared and optics. Plasmonics sets the theory of the interaction processes between electromagnetic radiation and conduction electrons of metals at such high frequencies. The objective of this thesis is to devise, design, analyze and, whenever possible, experimentally realize and measure new metamaterials and plasmonics devices for free-space quasi-optical applications. Particularly, field concentrators in the form of advanced lenses and nanoantennas as well as advanced polarizing devices are targeted. The contributions presented here start from the specific theory of the field and the results are supported by numerical simulations, analytical calculations and/or measurements of real prototypes.