Description of basic research lines
Inverse problem techniques in radiation with proposed algorithms and applications of near field (NF) and experimental setups using available antenna measurement systems . Integral equation formulations for near field (full wave) are considered. New developments and applications of the Sources Reconstruction Method (SRM). Improvements and applications in the diagnosis of antennas (probe correction, measurements without phase info, safety volumes calculation in radio stations, superresolution for the diagnosis of antennas based on metamaterials)
Another line of research is in the generalization of the Theory of Signals and Systems -"S&S- (In real variable), including the transform domain generalization and transformed analysis of non invariant ,linear systems, the representation of electromagnetic radiation and scattering problems using the generalized theory of S&S, the analysis of the inverse problem in electromagnetism by means of the general theory of S&S, the extension of the generalized theory of S&S to complex variable, the representation of "complexified" electromagnetic radiation and scattering problems by menas of the theory by S&S, and the extension and verification of complex analysis of lossy transmission lines.
(See specific webpage of The Complex Signals & Waves Workgroup - CSW )
On the basis of the integral equation formulation, inverse scattering methods are proposed for materials characterization, reconstruction of low contrast objects and reconstruction of geometry and material properties with near-field setups proposals for the numerical and experimental validation, including further study of usability in real applications.
Based on the formulation and strategy of the SRM, cooperative RF localization techniques for indoor environments are proposed, analysing the influence of obstacles, the number of sensors, multi-frequency information (using HF low bands, VHF to optimize NLOS propagation environment) and electromagnetic noise. For the experimental validation of accuracy and usability, RF sensor networks in several bands have been implemented, considering received power level (RSS) configurations as well as multi-information and reference phase (through integration of multi-frequency receiver sensors).
The synthesis of radiation patterns is another electromagnetic inverse problem in which the group's experience has leaded to the proposal of new synthesis algorithms in the near field (NF). In particular, techniques based on calibration data and autonomous learning with practical application to RFID reader systems in the near field, have been proposed.
Another line derived from the inverse techniques is the improvement of the accuracy of the analysis and design of reflectarray antenna type, using the SRM to characterize the real feeder and calculate the true incident field on the surface of the reflectarray. The diagnosis of reflectarrays calculating the field level in the aperture and reflectarray surface from reflector measurements and SRM technique application, together with the analysis of these structures using full-wave method (MoM), are proposed elements for the intercomparison of reflectarrays design techniques.
Analysis and Measurement of Human Exposure to Electromagnetic Fields of new services (localization systems, detection and imaging), in bands from UHF to THz.
To improve accuracy in antenna and scattering measurements, echo cancellation techniques based on spectral/angular measurements have been developed by the group in recent years, including the reduction of the bandwidth required for successful implementation by means of algorithms based on Support Vector Regression (SVM). Implementations for near-field configurations and their extension to the case of just having the field amplitude information for the design of low cost measurement systems.
Another line, along with the Computational Electromagnetics is the implementation of acceleration techniques in numerical methods regarding electromagnetic direct and inverse problems. Among these techniques: FMM, domain decomposition and parallelization for multi-core servers and the evaluation and implementation of GPU processing for compute-intensive optimization. Applications involving electrically large dimensions (safety volumes determination of radio stations regarding human exposure to EM fields, optimization of aircraft onboard antennas), propagation (radio coverage of wireless services) and scattering (radar cross section).
Another important line is the design and manufacture of RF and microwave printed circuits and antennas, with new configurations of AMCs to achieve compact and broadband antennas, sensors based on multi-frequency RF transmitters/receivers, circuits with injection - locked harmonic self- oscillating mixer - HSOM for implementation in different types of antennas (retrodirective antennas for RFID applications and beamforming for reflectarrays). It has also been proposed the development of analytical tools for nonlinear design of coupled oscillators (rationally injection locked oscillators ) and harmonic balance.
Finally, within the framework of the project TERASENSE (CONSOLIDER- INGENIO), is intended to extend the lines related to the inverse techniques in radiation and scattering applications to the submillimeter wave range and THz (design setups for measuring radiation and scattering-transmission, holographic techniques for reconstruction and "imaging"). In addition it has been also proposed the extension to submillimeter and THz band of design lines of passive elements (antennas) and active (sources, detectors), as well as their manufacture by means of structured techniques available in the Research Facilities at the University of Oviedo.
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Descripción de líneas de investigación básicas
Técnicas de problema inverso en radiación con propuestas de algoritmos y aplicaciones de campo cercano (NF) y configuraciones experimentales mediante sistemas de medida de antena disponibles. Debido a la orientación a campo cercano, se considerarán formulaciones de ecuación integral (onda completa). Se pretende desarrollar nuevas aplicaciones del Método de Reconstrucción de Fuentes (SRM). Mejoras y aplicaciones en el diagnóstico de antenas (corrección de sonda, medidas sin fase, cálculo de volúmenes de seguridad de estaciones radioeléctricas, superresolución para el diagnóstico de antenas basadas en metamateriales), conforman una importante de la línea de investigación.
Otra línea de investigación se enmarca en la generalización de la Teoría de Señales y Sistemas –S&S- (en variable real), incluyendo la generalización de transformadas y análisis transformados de sistemas lineales no invariantes, la representación de problemas de radiación y dispersión electromagnética mediante la teoría generalizada de S&S, el análisis del problema inverso en electromagnetismo mediante la teoría general de S&S , la extensión de la teoría generalizada de S&S a variable compleja, la representación de problemas "complexificados" de radiación y dispersión electromagnética mediante la teoría de S&S, y la extensión y verificación del análisis complejo de líneas de transmisión con pérdidas.
(véase específicamente CSW workgroup )
Teniendo como base la formulación de ecuación integral, se proponen métodos inversos en dispersión para la caracterización de materiales, la reconstrucción de objetos de bajo contraste y la reconstrucción de geometría y propiedades materiales con configuraciones de campo cercano propuestas para la validación numérica y experimental, incluyendo el estudio de posterior usabilidad en aplicaciones reales.
Basándose en la estrategia y formulación del SRM, se propone desarrollar técnicas de localización RF cooperativa para entornos interiores. Se estudiará la influencia de obstáculos, número de sensores, la información a varias frecuencia (con utilización de bandas bajas HF,VHF para optimizar la propagación en entorno NLOS) y el ruido electromagnético. Para la validación experimental de precisión y usabilidad se implementarán redes o conjunto de redes de sensores de RF en diversas bandas, tanto en modalidad de detección de nivel de potencia recibida (RSS) como con información multifrecuencia y con referencia de fase a través de la integración de sensores de tipo receptor multifrecuencia en la red.
La síntesis de patrones de radiación es otro problema electromagnético inverso en el que la experiencia del grupo en el mismo es la base para la propuesta de nuevos algoritmos de síntesis en campo cercano (NF). En particular se proponen técnicas basadas en data learning y en calibración autónoma, con aplicación práctica a sistemas de lectura RFID en campo cercano.
Otra línea derivada de las técnicas inversas es la mejora de la precisión en el análisis y diseño de antenas de tipo reflectarray, mediante el uso del SRM para caracterizar el alimentador real y calcular el campo incidente que verdaderamente existe sobre la superficie del reflectarray. El diagnóstico de reflectarrays calculando el nivel de campo en apertura y propia superficie mediante algoritmos SRM con medidas del reflector, conjuntamente con el análisis de dichas estructuras mediante método de onda completa (MoM) son elementos propuestos para la intercomparación de técnicas de diseño de reflectarrays.
Análisis y Medida de Exposición Humana a Campos Electromagnéticos de los nuevos servicios y de sistemas de localización, detección e imaging", en bandas desde UHF hasta THz.
Para la mejora de precisión en medida de antenas y de scattering, las técnicas de cancelación de ecos basadas en medidas espectro/angulares y desarrolladas por el grupo en los últimos años, se propone la reducción de ancho de banda necesario para su correcta aplicación, incluyendo el desarrollo de algoritmos basados en Regresión de Vectores Soporte (SVM). Se propone su implementación en configuraciones de campo cercano y su extensión al caso de sólo disponer de la información de amplitud de campo para el diseño de sistemas de medida de bajo coste.
Otra línea, siguiendo con el Electromagnetismo Computacional, es la implementación de técnicas de aceleración en los métodos numéricos de electromagnetismo directo e inverso. Entre estas técnicas: FMM, descomposición de dominios y paralelización para servidores de varios núcleos y la evaluación e implementación de procesado GPU para optimización de cálculo intensivo. Se proponen aplicaciones involucrando grandes dimensiones eléctricas en radiación (determinación de recintos de seguridad de estaciones radioeléctricas; optimización de antenas embarcadas en aeronaves), en propagación (cálculo de cobertura radioeléctricas de servicios inalámbricos) y dispersión (cálculo de sección radar).
Otra importante línea propuesta es el diseño y fabricación de circuitos de RF y microondas: antenas impresas con nuevas configuraciones de AMCs para la realización de antenas compactas y banda ancha, sensores de RF basados en transmisores/receptores multifrecuencia, circuitos con mezcladores autooscilantes armónicos (injection-locked harmonic self-oscillating mixer -HSOM) para su implementación en diversos tipos de antenas (antenas retrodirectivas para aplicaciones RFID y de beamforming para reflectarrays). También se propone el desarrollo de herramientas de análisis no lineal para el diseño de osciladores enganchados (rationally injection locked oscillators) y balance armónico.
Finalmente, y dentro del marco del proyecto iniciado TERASENSE (CONSOLIDER-INGENIO), se pretenden extender las líneas relacionadas con las técnicas inversas en radiación y dispersión a aplicaciones en el rango de las ondas submilimétricas y THz (diseño de setups de medida de radiación y dispersión-transmisión, técnicas holográficas, de reconstrucción e "imaging"). Además también se propone la extensión a bandas submilimétricas y THz de líneas de diseño de elementos pasivos (antenas) y activos (fuentes, detectores), así como su fabricación mediante técnicas de estructurado disponibles en los Servicios Comunes de Investigación de la Universidad de Oviedo.