Study an optimization of the quality factor of small antennas
Étude et minimisation du facteur de qualité des antennes pour de petits objets communicants
Résumé
Currently, wireless devices play an important role in everyday life. For ease-of-use, these devices are becoming smaller and require very small antennas. However, the size reduction of these antennas necessarily implies a degradation of their performance. Consequently, the design of electrically small antennas (ESA) requires a very good theoretical understanding of the electromagnetic phenomenon that takes place, especially in terms of accurate performance that can be expected for an ESA with given dimensions. An important parameter of an ESA is its intrinsic quality factor since it is inversely proportional to its impedance bandwidth. Indeed, maximizing the matching bandwidth of an antenna consists in minimizing its quality factor. Facing this problem, many researches have been developed to determine the possible limits of the quality factor of ESA. The first research axis of this thesis is to study the quality factor of ESA to determine whether optimal dimensions exist to approach the fundamental quality factor limits. The second part of the thesis studies miniature antennas for biomedical implants operating at 2.45 GHz. These antennas are printed on a specific microelectronic substrate to ensure a better resolution in terms of metallic traces in order to reduce the size and allow easier integration to facilitate interconnections with RF front-end. The challenge consists in maximizing the performance of these antennas. The presented results are supported by means of electromagnetic models and simulations on one hand. Also, several prototypes are fabricated to validate these simulations.
Actuellement, les objets communicants sans fils occupent une place prépondérante. Pour faciliter leur utilisation, ces objets sont de plus en plus petits et nécessitent de très petites antennes. Cette miniaturisation d’antennes implique forcément une détérioration de leurs performances. La conception d’antennes électriquement petites (AEP) nécessite une très bonne compréhension théorique des mécanismes électromagnétiques mis en jeu notamment quelles limites précises peut-on atteindre pour une AEP étant circonscrive dans un volume donné. Un des paramètres essentiels d’une AEP est son facteur de qualité intrinsèque qui est inversement proportionnel à sa bande passante en impédance. Ainsi, maximiser la bande passante en impédance d’une antenne consiste à minimiser son facteur de qualité. Face à ce problème, de nombreux travaux ont été développés pour déterminer les limites possibles pour des AEP. C’est dans ce cadre que s’inscrit le premier axe de recherche de la thèse : étudier le facteur de qualité d’AEP, afin de déterminer s’il existe des dimensions optimales permettant de s’approcher de ces limites. Le second axe de recherche a consisté à étudier des AEP fonctionnant à 2,45 GHz pour des implants biomédicaux. Celles-ci sont imprimées sur de nouveaux types de substrat pour avoir une meilleure résolution de trace métallique favorisant une réduction de l’encombrement, et une intégration facilitant ainsi les interconnexions avec les frontaux RF. Le challenge consiste à maximiser les performances de ces antennes. Plusieurs prototypes ont été réalisés pour valider les simulations.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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