Antennes implantées et système de localisation pour petits animaux utilisant la technologie RFID

par Van Hieu Nguyen

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Philippe Le Thuc et de Stéphane Lanteri.

Soutenue le 18-12-2018

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications (laboratoire) .

Le président du jury était Tân-Phu Vuong.

Le jury était composé de Tân-Phu Vuong, Philippe Pannier, Étienne Perret, Aliou Diallo, Robert Staraj, Georges Carle.

Les rapporteurs étaient Philippe Pannier, Étienne Perret.


  • Résumé

    Le suivi des petits animaux utilisés dans le cadre de tests de laboratoire et l'analyse de leur comportement à distance, à faible coût et en temps réel suscitent depuis longtemps l’intérêt des chercheurs. Ceux-ci peuvent se faire par l’implantation de capteurs sans fils miniatures qui nécessitent des composants vitaux dont le plus problématique est l’antenne. En effet, la principale difficulté dans la conception d'antennes pour les dispositifs de communication bio-implantables est de fournir une structure rayonnante efficace et ce, malgré les contraintes de volume et le fort impact des tissus biologiques qui l’entourent. Si de nombreuses études ont porté sur l’utilisation d'antennes implantées dans la bande MICS (Medical Implant Communications Service) (402-405 MHz), il faut noter qu’à ces fréquences, la taille des antennes peut être un inconvénient réel dans le cas de petits animaux, d’où une recherche de miniaturisation. Une alternative consiste en l’utilisation de la technologie RFID (Radio-Frequency Identification) dans la bande UHF à 868 MHz. En effet, elle présente deux avantages primordiaux : elle facilite l'implantation du tag et ne nécessite pas l’ajout d'une batterie pour alimenter le périphérique implanté. Ce travail de thèse fait suite à un projet collaboratif financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche) dans le cadre du Labex UCN@Sophia et qui a pour objectif la conception d’un système sans fils incluant aussi bien les tags RFID implantables, les antennes du lecteur et le lecteur connecté à un ordinateur se chargeant de la gestion centralisée des informations sur un serveur pour le suivi et la collecte de données de souris de laboratoire. Ce mémoire présente la conception d’antennes implantées pour tags RFID dans un modèle homogène représentant le corps d’une souris. Après l’analyse d’un bilan de liaison permettant de calculer les performances minimales de l’antenne implantée à concevoir pour une communication fiable et efficace, des antennes tags RFID passifs en 2D et en 3D ont été optimisées par différentes techniques pour atteindre des structures finales implantables ou injectables au dos d’une souris. Une caractérisation des solutions proposées en termes d’impédance, de champs E et H et de DAS (Débit d'Absorption Spécifique) a ensuite été effectuée dans un fantôme homogène. Enfin, un système d’interrogation permettant d’estimer la position de l’animal via la récupération du RSSI (Received Signal Strength Indicator) est présenté.

  • Titre traduit

    Implanted antennas and location system for small animals using RFID technology


  • Résumé

    The monitoring of small animals in laboratory tests and the remote analysis of their behavior, with low cost and in real time interest researchers for a long time. This can be done by implanting miniature wireless sensors requiring vital components among which the most challenging is the antenna. Indeed, the main difficulty in designing antennas for bio-implantable communication devices is to provide an effective radiating structure, despite the volume constraints and the high impact of the surrounding biological tissues. Although many studies have focused on the use of implanted antennas dedicated to the MICS band (402405 MHz), it should be noted that at these frequencies, the size of the antennas can be a real disadvantage in the case of small animals, requiring miniaturization structures. Another solution consists in the using RFID (Radio-Frequency Identification) technology in the UHF band at 868 MHz. Indeed, it has two major advantages: it facilitates the implementation of the tag and does not require the addition of a battery to power the implanted device. This thesis funded by the ANR (French National Research Agency) within the framework of the Labex UCN@Sophia aims at designing a wireless system, including implantable RFID tags, reader's antennas and the reader connected to a computer that is responsible for the centralized management of information on a server for monitoring and collecting the data of laboratory mice. This thesis presents the design of implanted antennas for RFID tags in a homogeneous model representing the body of a mouse. After an analysis of a link budget allowing to determine the minimum performance of the implanted antenna to be designed for a reliable and an efficient communication, two RFID passive tag antenna designs have been optimized to obtain final structures able to be implanted or injected in the back of a mouse. A characterization of the proposed solutions in terms of impedance, E and H fields and SAR (Specific Absorption Rate) was then performed in a homogeneous phantom. Finally, an interrogation system capable to estimate the position of several animals placed in a cage thanks to the RSSI (Received Signal Strength Indicator) levels is presented.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 19-12-2023

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