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Université Paul Sabatier - Toulouse III (26/04/2011), D.DRAGOMIRESCU (Dir.)
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Développement d'une architecture de communication sans fil pour les réseaux des capteurs dans le domaine aérospatial
Ali Kara Omar1

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement des réseaux de capteurs sans fil pour le domaine aérospatial. Les applications concernées sont la mesure de température et des contraintes mécaniques sur les ailes d'avion en vol d'essai ainsi que sur la structure des satellites. Ces mesures sont effectuées en temps réel et sans perte de données. Nos travaux de recherches se focalisent sur le développement d'une architecture de communication sans fil qui permet de répondre aux besoins des ces applications en terme de faible coût, faible consommation et haut débit. Nous avons développé une architecture à conversion directe avec l'utilisation de deux voies différentielles I et Q. Cette architecture exploite la bande de fréquence UWB 6-8.5 GHz autorisée en Europe. Nous nous sommes concentrés en particulier sur la conception des mélangeurs de fréquence qui demandent une bande passante très importante en valeur relative (10-510 MHz) sur l'entrée de mélangeur rehausseur de fréquence et sur la sortie de mélangeur abaisseur de fréquence. La conception de l'amplificateur faible bruit est moins délicate car son besoin en bande passante relative est moins important. Une nouvelle topologie de mélangeur a été conçue pour répondre au besoin en largeur de bande. Nous avons pris soins à ce que le mélangeur d'émission ait une perte de conversion nulle pour attaquer directement l'antenne sans passer par un amplificateur de puissance et réduire la puissance de contrôle à -3d Bm pour diminuer la consommation de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO). De cette manière, la chaine d'émission se réduit à deux mélangeurs I et Q basse consommation. Cette architecture d'émission laisse plus de marge en terme de consommation pour la conception de la chaine de réception. Les différents blocs RF ont été développés en technologie CMOS 130 nm, permettant d'atteindre de bonnes performances avec un coût minimum. Les mesures effectuées valident le fonctionnement des circuits développés.
1:  LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse]
LAAS-MINC
CMOS – Conception de circuits RF – Faible consommation – Emetteur ultra large bande – Architecture à conversion directe – Réseau de capteurs sans fil – Aerospatial

The context of this thesis is the development of wireless sensor networks for aerospace applications. The concerned aerospace applications are the temperature and mechanical stress measurement, on the aircraft wings for flight test and on the satellite structures. Note that these measurements must be made in real time without data loss. Our researches are focused on developing wireless communication architecture. This architecture should meet the specific needs of these applications in term of low cost, low power consumption and high data rate. The RF front-end architecture developed in this thesis uses the UWB frequency band from 6 GHz up to 8.5 GHz approved in Europe. The RF transceiver is based on a direct-conversion architecture that uses two differential channels I and Q. Our work is focused on the design of frequency mixers. These mixers require a very important relative frequency bandwidth (10-510 MHz), in the input of the up-conversion mixer and in the output of down-conversion mixer. The design of the low noise amplifier (LNA) is less sensitive because its relative bandwidth requirement is less important. A new topology of mixer was designed to meet the need for bandwidth with zero conversion loss to directly connect the antenna without using power amplifier and reduce the control power to -3 dBm to reduce consumption of the Voltage Controlled Oscillator (VCO). In this way, the transmitter is reduced to two low consumption mixers. This architecture leaves more flexibility in terms of power consumption for the design of the receiver. The RF blocks have been developed in CMOS 130 nm; this technology allows us to achieve good performance with minimum cost. The measurements validate the operation of the developed circuits.
RF Circuit design – Low power – Ultra wide band transmitter – Direct conversion architecture – Wireless sensor network – Aerospace

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