Schémas multigrilles pour la méthode des différences finies dans le domaine temporel(FDTD) : Application à la simulation de réseaux corporels sans fil (WBAN)

par Céline Miry

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Gillard, Raphaêl.

Soutenue en 2010

à Rennes, INSA .


  • Résumé

    Les réseaux corporels sans fil (WBAN pour Wireless Body Area Network) consistent en un ensemble d'objets communicants placés directement sur ou à l'intérieur du corps humain. Les domaines d'application sont variés et s'étendent du domaine médical au domaine militaire en passant par les loisirs. Les travaux de cette thèse ont été consacrés au développement de nouvelles techniques de simulation électromagnétique dédiées à l'analyse rapide et précise de la transmission des ondes radio entre les objets communicants d'un réseau WBAN. Face à la nature tridimensionnelle et inhomogène du milieu de propagation, la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) s'est avérée la mieux adaptée pour résoudre ce genre de problème. Cependant, sous sa forme classique, cette méthode impose un schéma de maillage uniforme qui rend les simulations coûteuses en ressources informatiques. Deux nouveaux schémas multigrilles en FDTD sont proposés dans cette thèse. Ces schémas sont basés sur la division du problème global en sous-volumes FDTD indépendants permettant de caractériser chaque élément à l'aide d'un maillage approprié. Le transfert de l'information électromagnétique entre les volumes est assuré par l'utilisation de surfaces de prélèvement et d'excitation. Ainsi les schémas proposés sont stables. Après avoir validé ces nouvelles approches sur des cas simples, elles sont appliquées à la simulation de problèmes complexes et réalistes. La transmission entre une antenne implantée dans le corps humain et un dipôle en espace libre est tout d'abord analysée. Différentes postures du corps ainsi que différents environnement de propagation sont considérés. Le canal de propagation sur le corps humain est ensuite caractérisé à l'aide de deux antennes disposées sur le corps. Enfin, le débit d'absorption spécifique à 900 MHz dans le cerveau d'un fœtus est calculé à l'aide d'un modèle numérique de femme enceinte.

  • Titre traduit

    Multigrid schemes for the finite difference time domain technique (FDTD) - Application to the simulation of Wireless Body Area Network (WBAN)


  • Résumé

    This thesis aims at developing new Finite Difference Time Domain (FDTD) schemes for the fast and accurate simulation of Wireless Body Area Network problems. This emerging technology consists of several body sensors placed on or inside the body. The application range is wide. It concerns medical, entertainment and military domains. The FDTD is an efficient numerical technique for analysing waves propagation in complex environments such as the human body. However, it involves a uniform cubic grid, which leads to time consuming simulations. Two multigrid FDTD schemes are proposed in this thesis. They are based on the principle of dividing the general problem into independent FDTD sub-volumes which aim at characterising each element with an appropriate mesh. The electromagnetic information transfer is realised by the use of near-field and excitation surfaces. Thus, the proposed schemes are stable. These approaches are first validated using canonical examples. Then, they are applied to the simulation of complex and more realistic problems. The transmission between an implanted antenna and a simple dipole is firstly analysed. Several body postures and environment are considered. The WBAN on-body channel is then characterised by use of two antennas placed on the body surface. Finally, the specific absorption rate is calculated at 900 MHz in the fetal brain of a numerical pregnant woman model.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.167-172 (79 réf.). Index

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut National des Sciences Appliquées. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE MIR
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