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

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http://hdl.handle.net/2454/10454

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250 km ultra long remote sensor system based on a fiber loop mirror interrogated by an OTDR
(Optical Society of America, 2011) Bravo Acha, Mikel; Baptista, José Manuel; Santos, José Luís; López-Amo Sáinz, Manuel; Frazão, Orlando; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
A 253 km ultra long remote displacement sensor system based on a fiber loop mirror interrogated by a commercial OTDR is proposed and experimentally demonstrated. The use of a fiber loop mirror increases the signal to noise ratio allowing the system to interrogate sensors placed 253 km away from the monitoring system without using any optical amplification. The displacement sensor was based on a long period grating spliced inside of the loop mirror, which modifies the mirror reflectivity accordingly to the applied displacement.
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3D-printed 96 GHz bull’s-eye antenna with off-axis beaming
(IEEE, 2017) Beaskoetxea Gartzia, Unai; Maci, Stefano; Navarro Cía, Miguel; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Reducing the profile, footprint and weight of antennas embarked on aircrafts, drones or satellites has been a long pursued objective. Here we tackle this issue by developing a millimeter-wave 96 GHz elliptical Bull’s-Eye antenna with off-axis radiation at 16.5° that has been fabricated by low cost 3-D printing stereolithography, followed by metal coating. The theoretical basis for optimum off-axis operations is explained. Measurement results show an overall good agreement with simulations, displaying a gain of 17 dB and a 3.5° beamwidth (E-plane) at the operational frequency. The off-axis beaming enlarges the potential applicability of this technology with respect to the broadside beam solution.
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46-km-long Raman amplified hybrid double-bus network with point and distributed Brillouin sensors
(IEEE, 2012) Fernández Vallejo, Montserrat; Olier Aguado, David; Zornoza Indart, Ander; Pérez Herrera, Rosa Ana; Díaz Lucas, Silvia; Elosúa Aguado, César; Bariáin Aisa, Cándido; Loayssa Lara, Alayn; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
We experimentally demonstrate a 46-km hybrid network that combine point and distributed Brillouin sensors. The proposed sensor network multiplexes low-cost intensity point sensors based on fiber-optic tapers, which are able to measure vibrations in the 0.01 to 50 Hz frequency range. The sensor network with a double-bus is a low noise configuration, which offers a higher optical signal to noise ratio and dynamic range than a single-bus. Thus, the number of sensors to be multiplexed could increase or we could reach further distances. The system also deploys remote distributed Raman amplification to extend the sensing range.
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77-GHz high-gain bull’s-eye antenna with sinusoidal profile
(IEEE, 2015) Beaskoetxea Gartzia, Unai; Pacheco-Peña, Víctor; Orazbayev, Bakhtiyar; Akalin, Tahsin; Maci, Stefano; Navarro Cía, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
A high-gain Bull’s-Eye leaky-wave horn antenna working at 77 GHz with sinusoidal profile has been designed, fabricated, and experimentally measured. The influence of the number of periods on the gain and beamwidth is numerically investigated. Experimental measurements show a high gain of 28.9 dB, with low sidelobe level and a very narrow beamwidth in good agreement with results obtained from simulations.
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Accurate circuit modeling of fishnet structures for negative-index-medium applications
(IEEE, 2016) Torres Landívar, Víctor; Mesa, Francisco; Navarro Cía, Miguel; Rodríguez Berral, Raúl; Beruete Díaz, Miguel; Medina, Francisco; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Metallic plates with a two-dimensional (2D) periodic distribution of sub-wavelength apertures are known to exhibit extraordinary transmission of electromagnetic waves. Stacking two or more of such plates gives place to the so-called fishnet structures, which constitute a popular way of achieving an effective negative index medium at frequencies ranging from microwaves to optics. Unfortunately, a general wideband equivalent circuit has not yet been proposed to facilitate its understanding and design. This work presents this circuit model with closed-form expressions for the circuit elements, thus making it possible to obtain the electrical response for this class of structures in a very efficient way. This procedure is much faster than alternative numerical methods at the same time that it retains a high level of accuracy when compared with some other oversimplified models. The circuit model also provides a simple rationale as well as a good physical insight in order to explain the qualitative behavior of such structures, independently of the number of stacked layers.
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Actividad electromiográfica (EMG) durante el pedaleo, su utilidad en el diagnóstico de la fatiga en ciclistas
(SEMED - FEMEDE, 2017) Córdova Martínez, Alfredo; Nuin, Iván; Fernández-Lázaro, Diego; Latasa Zudaire, Iban Alexander; Rodríguez Falces, Javier; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
La fatiga muscular tiene múltiples definiciones, pero con una misión especial cual es la misión protectora, avisando al organismo sobre la debilidad o la aparición de una incapacidad funcional. En esta revisión se hace un análisis de las aplicaciones de la electromiografía (EMG) como técnica para comprender los patrones de activación musculares durante el pedaleo y la aparición de fatiga muscular. Se ha realizado una revisión en la cual se analizan las variaciones de la actividad EMG durante las fases del pedaleo. El movimiento del pedaleo ha sido estudiado exhaustivamente y se ha legado a distinguir 4 fases en el pedaleo que originan la propulsión y el recobro. Mediante el uso de la EMG se pueden describir los patrones de activación típicos, en cuanto al nivel de actividad y el tiempo de activación de los principales músculos de las extremidades inferiores. La actividad muscular y la coordinación pueden variar entre personas a lo largo de un solo ciclo de pedaleo y entre diferentes ciclos de la misma persona. También se examinan los principales factores que pueden influir en estos patrones EMG durante las fases del pedaleo. Asimismo, se describe la influencia de factores como la potencia de salida, cadencia o frecuencia de pedaleo, pendiente y postura, interfaz calzado pedal, nivel de entrenamiento y fatiga muscular, que producen alteraciones en el tiempo de activación y coordinación muscular.
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Adaptive voltage control of the DC/DC boost stage in PV converters with small input capacitor
(IEEE, 2013) Urtasun Erburu, Andoni; Sanchis Gúrpide, Pablo; Marroyo Palomo, Luis; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
In the case of photovoltaic (PV) systems, an adequate PV voltage regulation is fundamental in order to both maximize and limit the power. For this purpose, a large input capacitor has traditionally been used. However, when reducing that capacitor size, the nonlinearities of the PV array make the performance of the voltage regulation become highly dependent on the operating point. This paper analyzes the nonlinear characteristics of the PV generator and clearly states their effect on the control of the DC/DC boost stage of commercial converters by means of a linearization around the operating point. Then, it proposes an adaptive control, which enables the use of a small input capacitor preserving at the same time the performance of the original system with a large capacitor. Experimental results are carried out for a commercial converter with a 40 μF input capacitor, and a 4 kW PV array. The results corroborate the theoretical analysis; they evidence the problems of the traditional control, and they validate the proposed control with such a small capacitor.
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Advanced metamaterials for high resolution focusing and invisibility cloaks
(2016) Orazbayev, Bakhtiyar; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Los metamateriales, descendientes de los dieléctricos artificiales, tienen parámetros electromagnéticos inusuales y proporcionan más posibilidades que los dieléctricos naturales para el control de la propagación de la luz. Los metamateriales han posibilitado la obtención de medios doblemente negativos, gracias a la capacidad que ofrecen para controlar tanto la permitividad y la permeabilidad. La primera realización experimental de un medio de ese tipo dio un enorme impulso a la investigación en el campo del electromagnetismo. Como resultado, se han desarrollado desde entonces muchos dispositivos electromagnéticos fascinantes, incluyendo lentes de metamateriales, dispositivos de control de dirección de haz e incluso capas de invisibilidad. Las posibles aplicaciones de los metamateriales no se limitan a estos dispositivos y se pueden aplicar en muchas áreas como las telecomunicaciones, sistemas de seguridad, detección biológica y química, la espectroscopía, nanoóptica integrada, la nanotecnología, los sistemas de imágenes médicas, etc. El objetivo de esta tesis doctoral, realizada en la Universidad Pública de Navarra en colaboración con la Universidad de Texas en Austin, el Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia de la UPV y el King’s College London, es contribuir al desarrollo de dispositivos basados en metamateriales, incluyendo su fabricación y, cuando sea posible, la verificación experimental. La tesis no se centra en una sola aplicación o dispositivo, sino que trata de proporcionar una extensa exploración de diferentes dispositivos de metamateriales. Los resultados de la misma son los siguientes: Se presentan tres lentes de diferentes diseños basados en un metamaterial fishnet: una lente zonada de ancha banda, una lente Soret y una lente de Wood. Todas las lentes han sido experimentalmente realizadas, demostrando un buen acuerdo con el análisis numérico. Por otra parte, se ha demostrado una capa de invisibilidad ultrafina basada en una metasuperficie, un caso 2D de metamaterial, construida con resonadores de anillo. Se ha realizado un análisis numérico, y experimental confirmando el comportamiento de invisibilidad dentro de un rango de frecuencias y de ángulos relativamente amplios. Además, se presenta un diseño de una capa de invisibilidad basada en la óptica de transformación para la luz difusa. Se demuestra, que mediante la restricción de la capa para trabajar en una sola dirección es posible obtener un rendimiento de camuflaje ideal bajo las condiciones de iluminación transitoria, que normalmente está fuera de alcance en los diseños típicos de capas de invisibilidad. Por último, se presenta la demostración teórica de tres diferentes dispositivos de control del haz basados en metamateriales de grafeno. El metamaterial de grafeno utilizado permite controlar dinámicamente el ángulo de salida de la radiación con velocidad ultra alta.
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Advances in residential design related to the influence of geomagnetism
(MDPI, 2018) Glaria, Francisco; Arnedo Gil, Israel; Sánchez Ostiz, Ana; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Since the origin of the Modern Movement, there has been a basic commitment to improving housing conditions and the well-being of occupants, especially given the prediction that 2/3 of humanity will reside in cities by 2050. Moreover, a compact model of the city with tall buildings and urban densification at this scale will be generated. Continuous constructive and technological advances have developed solid foundations on safety, energy efficiency, habitability, and sustainability in housing design. However, studies on improving the quality of life in these areas continue to be a challenge for architects and engineers. This paper seeks to contribute health-related information to the study of residential design, specifically the influence of the geomagnetic field on its occupants. After compiling information on the effects of geomagnetic fields from different medical studies over 23 years, a case study of a 16-story high-rise building is presented, with the goal of proposing architectural design recommendations for long-term occupation in the same place. The purpose of the present work is three-fold: first, to characterize the geomagnetic field variability of buildings; second, to identify the causes and possible related mechanisms; and third, to define architectural criteria on the arrangement of uses and constructive elements for housing.
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Alimentadores gaussianos en guía de onda rectangular
(1999) Teniente Vallinas, Jorge; Gonzalo García, Ramón; Río Bocio, Carlos del; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
A new and efficient design of a rectangular corrugated waveguide mode converter, from TE10 mode in a smooth rectangular monomode waveguide to HE11 mode in a corrugated rectangular waveguide, is proposed. The main idea is the application of Gaussian design techniques, described in the given references, previously applied in circular waveguides. By using these techniques compact and very efficient components are obtained. The obtained far field pattern is rather good as illuminator of square or rectangular parabolic reflectors, with very low sidelobes and crosspolarisation levels, avoiding the use of a rectangular to circular waveguide converter.
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All fiber interferometer for ice detection
(Optica Publishing Group, 2018) Arozarena Arana, Jesús Antonio; Socorro Leránoz, Abián Bentor; Del Villar, Ignacio; Díaz Lucas, Silvia; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Institute of Smart Cities - ISC
This work presents an etched single-mode - multimode - single-mode structure that detects the solid-to-liquid change of state of the water due to an increased refractive index sensitivity within the 1.308 - 1.321 RIU range
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All-dielectric periodic terajet waveguide using an array of coupled cuboids
(AIP Publishing, 2015) Minin, Igor V.; Minin, Oleg V.; Pacheco-Peña, Víctor; Beruete Díaz, Miguel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this paper, the recently proposed technique to produce photonic jets (terajets at terahertz (THz) frequencies) using 3D dielectric cuboids is applied in the design of a mesoscale cuboid-chain wave- guide. The chains are basically designed with several dielectric cubes with side 1 wavelength placed periodically along the axial z-axis and separated by an air-gap. Based on this, a systematic study of the focusing properties and wave guiding of this chain is performed when the air-gap between the dielectric cubes is changed from 0.25 wavelengths to 3 wavelengths with the best performance achieved at 2.5 wavelengths.An analysis when losses are included in the cubes is also done, demonstrating a robust performance. Finally, the wave guiding is experimentally demonstrated at sub-THz frequencies with a good agreement with numerical results. The simulation results of focusing and transport properties are carried out using Finite Integration Technique. The results here presented may be scaled to any frequency ranges such as millimeter, sub-millimeter, and optical frequencies.
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All-fiber lasers through photonic crystal fibers
(Science Wise Publishing & De Gruyter, 2013) Rodrigues Pinto, Ana Margarida; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
A review on all-fiber lasers based on photonic crystal fibers is presented. Photonic crystal fibers present improved features beyond what conventional optical fibers can offer. Due to their geometric versatility, photonic crystal fibers can present special properties and abilities which can lead to enhanced lasing structures. A brief description of photonic crystal fibers and fiber laser’s properties is presented. All-fiber laser structures developed using photonic crystal fibers are described and divided in two groups, depending on the cavity topology: ring cavity fiber lasers and linear cavity fiber lasers. All-fiber lasers applications in the photonic crystal fiber related sensing field are described.
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All-metallic ε-near-zero (ENZ) lens based on ultra-narrow hollow rectangular waveguides: experimental results
(IEEE, 2014) Orazbayev, Bakhtiyar; Torres Landívar, Víctor; Pacheco-Peña, Víctor; Falcone Lanas, Francisco Javier; Teniente Vallinas, Jorge; Beruete Díaz, Miguel; Sorolla Ayza, Mario; Navarro Cía, Miguel; Engheta, Nader; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Here we perform numerical and experimental investigation of plano-concave all-metallic ε-near-zero (ENZ) lens with operational frequency f = 144 GHz. The ENZ lens is achieved by stacking an array of narrow hollow rectangular waveguides working near cut-off frequency. Focusing and radiation properties are numerically analyzed and measured. The enhancement of 5.61 dB and directivity of 17.6 dBi are shown. Good agreement between experimental and numerical results is demonstrated.
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All-PM fiber loop mirror interferometer analysis and simultaneous measurement of temperature and mechanical vibration
(IEEE, 2018) Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica y Electrónica
In this work, a new all-polarization maintaining (PM) fiber loop mirror interferometer is proposed and validated as temperature and mechanical vibration sensor. The scheme employs the arms of a PM coupler as communication fibers, fused with a relative angle of 45° to the sensing fiber. The length of the arms is equal so their contribution in canceled, obtaining a total transfer function exclusively defined by the sensing fiber. The capabilities of the system as sensor are tested, achieving mechanical vibration and temperature sensing without crosstalk between measurands. In this manner, vibration frequencies up to 1.5 kHz have been monitored using a commercial interrogator with a scan rate of 1 Hz and a technique based on the fast Fourier transform. Additionally, the immunity of the setup to external perturbations in the communication fibers is studied and compared to the conventional approach.
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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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Análisis de efecto de un superestrato left-handed en la apertura de una guía rectangular
(2005) Sáenz Sáinz, Elena; Gonzalo García, Ramón; Ederra Urzainqui, Íñigo; Maagt, Peter de; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this paper, results showing the experimental verification of the gain improvement of a rectangular waveguide antenna when a left-handed material (LHM) is used as superstrate are presented. The improvement has been characterized by means of measuring the increase of transmission (S21 parameter) obtained when this LHM is placed between two open-ended rectangular waveguide antennas. An average increase of transmission of about 6.5 d.B has been obtained. Besides, improvements in the radiation patterns of a rectangular waveguide with a LH superstrate are analyzed. An enhancement of 3.5 dB in the directivity and a reduction of 15 dB in the back radiation have been obtained.
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Análisis del comportamiento de esquemas de modulación adaptativos en LTE
(2009) Torres Landívar, Víctor; Esparza Alfaro, Fermín; Falcone Lanas, Francisco Javier; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this work, the behaviour of several modulation schemes used in 3GPP R8 or Long Term Evolution (LTE) Systems is analyzed. In order to increase the capacity of future mobile networks, high order modulation schemes like 64-QAM are envisaged, which have more stringent Signal-to-Noise restrictions. System simulation results for various modulation schemes regarding Error Vector Magnitude (EVM) values and constellation behaviour are obtained, showing dependence of quality degradation with bit rate, interference ratio and relative constellation position of the symbols. These results, related to constellation behaviour, can aid in the future design of high data rate mobility systems based on LTE.
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Análisis, diseño y control de convertidores multinivel
(2016) Burguete Archel, Eduardo; López Taberna, Jesús; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
Esta tesis doctoral se enmarca en el proyecto “Azimut: Energía Eólica Offshore 2020" cuyo objetivo es el desarrollo de nuevas estructuras de conversión que permitan alcanzar una mayor potencia y tensión para aplicaciones de generación eólica en parques offshore. Tradicionalmente, los aerogeneradores se han diseñado para trabajar con redes de 690 V. Este nivel de tensión, sin embargo, resulta cada vez más pequeño a medida que aumenta la potencia de los aerogeneradores. Las aplicaciones offshore, además, emplean casi de forma generalizada estructuras full-converter que requieren convertidores de mucho mayor tamaño que los hasta ahora dominantes sistemas DFIG. Todo ello hace que exista un fuerte interés en aumentar la tensión de trabajo de manera a poder trabajar con una potencia cada vez mayor sin que la corriente aumente de forma inmanejable. Distintos fabricantes trabajan ya en esta línea y actualmente existen en el mercado turbinas comerciales que trabajan a una tensión de 3.3 kV para lo cual emplean convertidores de tres niveles, normalmente de tipo NPC. En un futuro próximo se prevé que la tensión siga aumentando hasta alcanzar tensiones de 6.6 kV. La finalidad de este trabajo de investigación es la concepción de un convertidor capaz de trabajar con una potencia de 10 MW conectado a una red de 6.6 KV. Para ello se parte de la base de que el convertidor empleará una topología de 5 niveles lo que permitirá alcanzar estos valores empleando IGBTs de 4.500 V y 1.200 A. La tesis repasa las topologías existentes en la literatura actual y las analiza desde el punto de vista de las duras condiciones propias de las aplicaciones eólicas full-converter (que deben trabajar en un rango de variación total del índice de modulación y del factor de potencia). Debido a los diversos inconvenientes que presentan, se han propuesto dos nuevas estructuras de convertidores de 5 niveles. La tesis presenta además una novedosa modulación vectorial que permite controlar todas las variables de las nuevas topologías y, al mismo tiempo, asegurar una frecuencia fija de conmutación de los semiconductores. Finalmente, las ventajas de las topologías propuestas, así como de su modulación, son corroboradas experimentalmente.
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Analysis and description of HOLTIN service provision for AECG monitoring in complex indoor environments
(MDPI, 2013) Led Ramos, Santiago; Azpilicueta Fernández de las Heras, Leyre; Aguirre Gallego, Erik; Martínez de Espronceda Cámara, Miguel; Serrano Arriezu, Luis Javier; Falcone Lanas, Francisco Javier; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this work, a novel ambulatory ECG monitoring device developed in-house called HOLTIN is analyzed when operating in complex indoor scenarios. The HOLTIN system is described, from the technological platform level to its functional model. In addition, by using in-house 3D ray launching simulation code, the wireless channel behavior, which enables ubiquitous operation, is performed. The effect of human body presence is taken into account by a novel simplified model embedded within the 3D Ray Launching code. Simulation as well as measurement results are presented, showing good agreement. These results may aid in the adequate deployment of this novel device to automate conventional medical processes, increasing the coverage radius and optimizing energy consumption.