[en] An ever-increasing demand for higher mobility, capacity and reliability, together with a definitive compromise with sustainability, are the hallmarks of mobile and wireless communications systems nowadays. Under these premises, smart antenna devices –capable of sensing the electromagnetic environment and suitably adapting its radiation features– are correspondingly called to play a crucial role. In this sense, today's wireless standards consider multiple-antenna techniques in order to exploit space diversity, spatial multiplexing and beamforming to achieve better levels of reliability and capacity. Such advantages, however, are obtained at the expense of increased system complexity which may be unaffordable in terms of size and energy efficiency. Consequently, some technical challenges remain to develop the adequate antenna technologies capable of supporting the aforementioned features in a limited physical space that the mobility demand dictates. The concept of time-modulated array (TMA) is a feasible multi-antenna technique that provides a significant hardware simplification: its radiated power pattern is controlled by the simple application of variable-width periodical pulses to the individual array excitations. The nonlinear nature of such an array operation causes the appearance of radiation patterns at the harmonic frequencies of the applied periodic pulses. The technique can be used for improving the side-lobe level topology of the radiation pattern at the central frequency and/or to profitably exploit the harmonic patterns in order to supply smart antenna capabilities. This thesis is the result of an investigation of TMAs from an interdisciplinary perspective, i.e., not only under a radiation pattern or an antenna array outlook but also from a signal processing point of view. More specifically, the thesis deals with an in-depth analysis of the application of TMAs in digital communications developed in four stages: 1) mathematical analysis of the feasibility of transmission of digital signals over TMAs, identifying the restrictions to safeguard the integrity of the signal and quantifying the radiated power, 2) characterization of the bit error rate of a digital communication system that incorporates a receive-TMA exploiting its fundamental mode and considering additive white Gaussian noise channels, 3) study of the performance of TMAs –exploiting their harmonics– for the angle diversity reception of digital communication signals over multipath fading channels, 4) an approach to the characterization of beamforming TMAs which use sum of weighted cosines pulses instead of rectangular ones, leading to the so-called enhanced time-modulated arrays, which endows them with a better response in terms of flexibility and efficiency.

[gl] Os selos de identidade das comunicacións móbiles e sen fíos de hoxe en día son a demanda continua e crecente de mobilidade, capacidade e fiabilidade, xunto cun firme e definitivo compromiso coa sustentabilidade. Baixo estas premisas, as antenas intelixentes –capaces de sensar a contorna electromagnética e adaptar de xeito eficaz as súas características de radiación– están chamadas a xogar un papel crucial nas ditas comunicacións. Neste senso, os estándares sen fíos actuais consideran técnicas multi-antena encamiñadas a explotar a diversidade espacial, o multiplexado espacial e o conformado de feixe, acadando así mellores niveis de fiabilidade e capacidade. Con todo, ditas vantaxes obtéñense a expensas dun incremento da complexidade do sistema, factor non sempre asumible en termos de tamaño e eficiencia enerxética. Consecuentemente, suscítanse unha serie de retos de cara a desenvolver tecnoloxías de antena axeitadas e capaces de dar resposta ás anteriores prestacións no espazo limitado que dita a mobilidade. O concepto de agrupación de antenas modulada temporalmente (TMAs, do inglés time-modulated arrays) é unha técnica multi-antena que achega unha simplificación hardware significativa: o seu diagrama de radiación contrólase mediante a sinxela aplicación de pulsos periódicos de duración variable ás excitacións individuais da agrupación. A natureza non lineal desta operación causa a aparición de diagramas de radiación nas frecuencias harmónicas dos pulsos periódicos aplicados. A técnica pode empregarse para mellorar a topoloxía do nivel dos lóbulos secundarios do diagrama de radiación na frecuencia central e/ou para explotar de xeito proveitoso os diagramas dos harmónicos, dotando á antena de capacidades de antena intelixente. Esta tese é o resultado dunha investigación das TMAs dende unha perspectiva interdisciplinaria, é dicir, non soamente dende a óptica do diagrama de radiación ou das agrupacións de antenas, senón tamén dende un punto de vista de procesado do sinal. Máis concretamente, a tese é unha análise en profundidade da aplicación das TMAs ás comunicacións dixitais, desenvolvida en catro etapas: 1) análise matemática da posibilidade de transmitir sinais dixitais mediante TMAs, identificando as restricións para salvagardar a integridade do sinal e cuantificando a potencia radiada, 2) caracterización da taxa de erro de bit dun sistema de comunicación dixital que incorpora un TMA en recepción explotando o seu modo fundamental e considerando canles con ruído branco Gaussiano, 3) estudo das prestacións das TMAs –explotando os harmónicos– na recepción de sinais de comunicación dixitais con diversidade angular en canles multitraxecto con esvaecemento, 4) caracterización de TMAs para conformado de feixe mediante o uso de pulsos de suma de cosenos ponderados no lugar de pulsos rectangulares, chegando ás denominadas TMAs melloradas, dotadas dunha resposta superior en termos de flexibilidade e eficiencia.