Une théorie des lignes de transmission améliorée et modifiée comme solution à des configurations de câbles incompatibles avec la théorie des lignes de transmission classique - Application aux faisceaux de câbles automobiles

A modified enhanced transmission line theory as a solution to wiring configurations inconsistent with the classical transmission line theory - Application to vehicle harnesses

• Auteur / Autrice : Sofiane Chabane
• Direction : Philippe Besnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et télécommunications
• Date : Soutenance le 10/06/2014
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - Institut d'Electronique et de Télécommunications de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Jury : Président / Présidente : Odile Picon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Besnier, Odile Picon, Françoise Paladian, Flavio Canavero, Farhad Rachidi, Jean-Philippe Parmantier, Marco Klingler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Paladian, Flavio Canavero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maxwell, Équations de

Compatibilité électromagnétique

Automobiles -- Câblage électrique

Lignes de transmission (télécommunications)

Mots clés libres

Théorie des Lignes de Transmission Améliorée et Modifiée

Faisceaux de câbles

Modélisation électromagnétique

Paramètres linéiques

Rayonnement

Diaphonie

Modified Enhanced Transmission Line Theory

Electromagnetic compatibility

Automobiles -- Electric wiring

Maxwell equations

Résumé

Cette thèse présente, dans un premier temps, une nouvelle approche pour traiter les lignes de transmission, appelée la Théorie des Lignes de Transmission Améliorée et Modifiée (TLTAM). Cette extension du formalisme classique de la théorie des lignes de transmission est directement dérivée des équations de Maxwell et ne se limite pas à la seule prise en compte du mode transverse électromagnétique (TEM). Tout en conservant la simplicité du formalisme classique, cette extension aboutit à la définition de paramètres linéiques évolués et associés au mode antenne de la ligne de transmission. Cette solution présente l’avantage d’être compatible avec les noyaux de calcul existants, tout en palliant certaines limitations de la théorie des lignes de transmission (TLT) classique. LA TLTAM est tout d’abord définie pour le cas élémentaire d’une ligne de transmission à conducteur unique. Elle est ensuite généralisée au cas d’un nombre quelconque de conducteurs. Les matrices de paramètres linéiques correspondants sont alors définies. Les capacités de cette nouvelle théorie sont démontrées et validées au moyen de confrontations avec la solution directe des équations de Maxwell et de résultats de mesure. Dans un deuxième temps, le traitement d’une ligne de transmission multiconducteur située à distance d’un plan de référence conducteur est effectué au moyen d’une nouvelle approche désignée sous le nom de Théorie des Lignes de Transmission à Double Référence Intégrée (TLTDRI). Cette approche permet de simplifier l’évaluation des paramètres linéiques du faisceau en scindant le problème initial en deux sous-ensembles de lignes de transmission couplées. Le premier sous-ensemble est composé d'un fil conducteur du faisceau choisi arbitrairement et le plan de référence et constitue le sous-ensemble externe. Le deuxième sousensemble est composé uniquement des fils conducteurs du faisceau, en l’absence du plan de référence et constitue un sous-ensemble interne dont la référence locale est le fil choisi précédemment. On montre alors que seul le sous-ensemble externe nécessite le calcul de paramètres linéiques évolués associés à TLTAM. Le calcul des paramètres linéiques dans le système à référence unique constituée par le plan de référence, est reconstitué à partir de formules de passage permettant leur expression à partir des paramètres linéiques des deux sousensembles. Cette approche est validée et ses résultats sont en très bon accord avec ceux fournis par un calcul numérique direct des équations de Maxwell ainsi que ceux de la TLTAM. Elle permet une simplification très significative du traitement de l’interaction entre le faisceau de câble et la structure conductrice de référence.

This thesis presents, in a first step, a new approach to deal with transmission lines called the Modified Enhanced Transmission Line Theory (METLT). This extension of the classical formalism of the transmission line theory (TLT) is directly derived from Maxwell's equations without the restriction to the transverse electromagnetic (TEM) mode. This extension leads to the definition of enhanced per-unit-length (p.u.l.) parameters taking into account the antenna mode of the transmission line, while it keeps the simplicity of the classical formalism. This solution presents the advantage of being compatible with the existing TLT solvers while overcoming some limitations of the classical TLT. The METLT is firstly developed for the simple case of a single conductor transmission line. It is then generalized to the case of any number of conductors. The corresponding matrices of the p.u.l. parameters are then calculated. The capabilities of this new theory are demonstrated and validated by the means of comparisons with results obtained through a rigorous resolution of Maxwell's equations and measurements results. In a second step, a multi-conductor transmission line sufficiently far from the reference ground plane is assessed through a new approach called: Embedded Double Reference Transmission Line Theory (EDRTLT). This approach allows the simplification of the calculation of the harness p.u.l. parameters by splitting the first set of wires above a ground plane into two subsets of coupled transmission lines. The first subset consists in a conducting wire chosen arbitrarily and the reference ground plane and forms the external subset. The second subset consists only in the conducting wires of the harness, in the absence of the ground plane, and forms an internal subset which local reference is the wire chosen previously. We show that only the external subset requires the calculation of the enhanced p.u.l. parameters with the METLT. The calculation of the harness p.u.l. parameters in the system with a single reference, which is the ground plane only, is made through transformation formulae that allow their extraction from the p.u.l. parameters of the two subsets. This approach is validated and its results are in a very good agreement with those obtained by a rigorous resolution of Maxwell's equations and those of the METLT. It allows a great simplification to assess the interaction between the harness and the reference conducting structure.