Modélisation de système antennaire flexible à bas coût pour objets communicants non planaire

• Auteur / Autrice : Yvon Georges Rabobason
• Direction : Blaise Ravelo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, optique et lasers, optoélectronique microondes
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en systèmes électroniques embarqués (Saint-Étienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 2001-...)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Ecole supérieure d'ingénieurs en génie électrique (Rouen)
• Jury : Président / Présidente : Wenceslas Rahajandraibe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Ney, Marc Hélier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de télécommunications

Systèmes de communication sans fil

Systèmes de communication à microondes

Dispositifs à micro-ondes

Antennes hyperfréquences

Antennes microrubans

Résumé

L’électronique flexible est actuellement considérée comme une des solutions technologiques face aux contraintes géométriques, baisse de coût et aux exigences technologiques. Cette émergence devra à terme alimenter le marché des vêtements connectés ou l’électronique implantée (in-body electronics). Toutefois, la technologie flexible n’est pas à maturité et présente quelques questions qui restent à soulever comme le choix de substrats à la fois efficace, respectueux de l’environnement et à moindre coûts, la modélisation (numérique ou analytique) d’un système ou sous-système flexible, ou l’analyse des phénomènes Electromagnétiques liés à la forme géométrique non planaire. Ce manuscrit présente le mémoire de mes travaux de thèse qui s’articulent sur la modélisation de système antennaire flexible à bas coût pour objets communicants non planaires. Le premier chapitre introduit les différents paramètres comme le facteur de qualité, les efficacités, le gain ou la polarisation, permettant d’évaluer les performances d’une antenne. Par la suite, des travaux sur différentes structures antennaires, qui se distinguent par l’emploi de substrats flexibles sont présentés et discutés afin de correctement choisir la structure antennaire la plus adéquate aux systèmes flexibles. Ce chapitre se termine par la caractérisation des substrats plastiques souples communément utilisés et qui a vu notre choix s’orienter vers les substrats Kapton HN, qui présentent le meilleur compromis efficacité-coût-robustesse. Les phénomènes EM associés à l’utilisation d’une structure d’antenne patch flexible sont analysés. Des nouvelles formules pour évaluer l’efficacité de rayonnement selon des scénarios de courbures distincts sont établies. Une méthodologie permettant une approche d’analyse et de modélisation des réseaux d’antennes patch 1×2 passif et actif est développée. En dernier lieu, deux nouvelles structures d’antennes souples et performantes en termes de bande passante et efficacités de rayonnement, sont proposées, étudiées et comparées. L’influence de la courbure de ces antennes large bande ont été étudiées en fonction d’un modèle de canal de propagation indoor. L’effet combiné du canal et de la courbure sur le gain effectif moyen des antennes est analysé et discuté.

Flexible electronics is currently considered as one of the technological solutions to face up to geometric constraints, lower cost and technological requirements. This emergence will ultimately drive the market for connected clothing, implanted electronics (in-body electronics). However, the flexible technology is not mature and has some issues that remain to lift as the choice of substrates both effective, environmentally friendly and at lower costs, modeling (analytic or digital) of a system or flexible subsystem, or the analysis of electromagnetic phenomena related to non-planar geometry. This manuscript presents the memory of my PhD thesis that focuses on the modeling of flexible antenna system for low-cost non-planar communicating objects. First, the different parameters such as the quality factor, antenna efficiencies, gain or bias, for evaluating the performance of an antenna are introduced. Subsequently, research work on flexible substrate based different antenna structures is presented. The main characteristics of flexible plastic substrates commonly used are addressed. The choice towards the substrates Kapton HN, as the best compromise cost-effectiveness robustness is justified. The influence of the antenna curvature constitutes the main object of the present PhD thesis. In this way, the study on the EM phenomena associated with the use of a flexible patch antenna structure is developed. Novel analytical formulas for assessing the antenna radiation efficiency in discrete curvatures scenarios are established. In addition, a methodology providing an analysis and modeling approach to passive and active 1×2 antenna arrays is presented and validated. Finally, two new structures of flexible high performance antennas in terms of bandwidth and radiation efficiencies are designed and implemented. The Kapton-based broadband structures are based on slots antenna topology with new matching adaptation technique by the use of lumped elements. The influence of the curvature on the slot antenna prototypes are analyzed and discussed.