Système antennaire biosourcé reconfigurable sub-7 GHz à multiple sources pour la 5G et après 5G

Offre de thèse
Système antennaire biosourcé reconfigurable sub-7 GHz
à multiple sources pour la 5G et après 5G

 

Contexte et objectif :
Le secteur des TIC a contribué à hauteur d’environ 3% des émissions totales de CO2 de 2010 à 2015 et ne cesse à augmenter [1]. Pour que soit soutenable la demande de l’augmentation du débit de transmission et la réduction de l’impact environnemental de circuits électroniques, le projet PERSEUS a été monté dans le cadre du programme PEPR-5G. Ce projet vit à mettre à profit la bande sub-7 GHz (700 MHz – 7 GHz) pour les applications 5G plus efficaces et plus écologiques.

Pour ce faire, plusieurs approches pourront être considérées pour “réduire, réutiliser, et recycler”. Des matériaux biosourcés [2] (tels que du papier [3]–[7], de l’encre conductrice chargée de nanocellulose [7], et du PLA (acide polylactique) chargé de fibres végétales [8]) pourront être utilisés pour réduire les besoins de ressources fossiles et rares. À la fin du cycle de vie, ces matériaux biosourcés pourront être recyclés ou décomposés. Des dispositifs reconfigurables ou modulables sont aussi intéressants pour les aspects développement durable.

Dans ce contexte, l’équipe DHREAMS du laboratoire IMEP-LaHC (UMR 5130) vise à développer un système antennaire reconfigurable à multiple sources utilisant des substrats biosourcés. Le schéma de multiple sources permet à la fois de reconfigurer le comportement de l’antenne (fréquence et rayonnement) et d’intégrer un réseau distribué de l’amplificateur de puissance pour augmenter l’efficacité énergétique [9]–[11].
Pour réduire encore les pertes en combinaison de puissance, les antennes à opération multiple seront étudiées pour “enlever” le circuit d’adaptation entre l’antenne et les composants actifs [12].

Plan de travail :
Pour ces objectifs, le ou la candidat(e) doit réaliser les tâches suivantes :

➢ Faire une bibliographie exhaustive pour avoir une vue globale sur les substrats biosourcés potentiels en tenant en compte de leurs propriétés physiques en RF, mécanique, et thermique.
➢ Proposer un (ou plusieurs) substrat(s) potentiel(e) pour le développement des circuits et systèmes en bande 5G (700 MHz – 7 GHz).
➢ Compléter cette bibliographie avec les antennes reconfigurables (et) à multiple sources.
➢ Concevoir et caractériser des antennes conventionnelles (à source unique) utilisant le(s) substrat(s) biosourcé(s) sélectionné(s) précédemment pour contrôler les sources d’erreurs et maîtriser les procédés de fabrication.
➢ Concevoir et caractériser l’antenne à multiple sources utilisant substrat biosourcé et évaluer la capacité de tenue en puissance en tenant compte de l’intégration des composants électroniques pour la reconfigurabilité.
➢ Concevoir et caractériser l’(es) antenne(s) reconfigurable(s) à multiple sources utilisant un substrat biosourcé.
➢ Concevoir et caractériser l’(es) antenne(s) active(s) avec un réseau distribué de l’amplificateur de puissance sans avoir les circuits d’adaptation.

Profil recherché :

➢ Niveau d’étude : Master 2R ou Ingénieur en électronique et Radiofréquence.
➢ Compétences :
• Connaissances requises sur l’électromagnétisme, antennes, et des composants RF.
• Connaissances appréciées sur les logiciels de simulation électromagnétique (tels que CST, HFSS, ADS) et les appareils de mesure radiofréquence (tels que VNA, analyseur de spectre).
• Une maîtrise de la langue anglaise sera appréciée
➢ Expériences : une expérience (stage, projet d’études, …) dans le domaine RF sera appréciée.
➢ Une motivation sur l’électronique durable sera un plus.

Laboratoire d’accueil :
Le ou la candidat(e) s’intégrera à l’équipe DHREAMS au laboratoire IMEP-LaHC (UMR 5130), 03 Parvis Louis Néel, 38016 Grenoble Cedex 1.

Encadrants :
Pr. Pascal XAVIER
Pr. Tan Phu VUONG,
MCF. Nhu Huan NGUYEN

Pour candidater :
Envoyez-nous votre CV et lettre de motivation AVANT LE 12 MAI 2023

Inscription et salaire :
Le ou la doctorant(e) s’inscrira à l’école doctorale EEATS et recevra une rémunération d’environ 2044,12€ / mois (BRUT).

Références :
[1] J. Malmodin and D. Lundén, “The Energy and Carbon Footprint of the Global ICT and E&M Sectors 2010–2015,” Sustainability, vol. 10, no. 9, p. 3027, Aug. 2018, doi: 10.3390/su10093027.

[2] https://www.ecologie.gouv.fr/materiaux-construction-biosources-et-geosources

[3] Ines Kharrat. Modélisation et réalisation d’un système de récupération d’énergie imprimé : caractérisation hyperfréquence des matériaux papiers utilisés. Optique / photonique. Université de Grenoble, 2014. Français. ffNNT : 2014GRENT106ff. fftel-01314122.

[4] Do Hanh Ngan Bui. Printed flexible antenna for energy harvesting. Optics / Photonic. Université Grenoble Alpes, 2017. English. ffNNT : 2017GREAT062ff. fftel-01721461f.

[5] Hong Phuong Phan. Design of 2D and 3D antennas on flexible materials. Optics / Photonic. Université Grenoble Alpes, 2018. English. ffNNT : 2018GREAT106ff. fftel-021388.

[6] Erika Vandelle. Exploration of antenna and passive beamforming techniques for wireless energy harvesting and transfer. Optics / Photonic. Université Grenoble Alpes, 2019. English. NNT : 2019GREAT060. tel-02905411.

[7] Maxime Wawrzyniak. Development of innovative and transparent radio frequency devices based on nanocelluloses silver nanowires hybrid system. Université Grenoble Alpes, soutenue en 2022.

[8] P. Xavier, G. Zakka El Nashef, E. Perrin, F. Jestin, D. Rauly, N. Corrao, et N. Chevalier, “Dispositifs hyperfréquences à faible impact environnemental,” Journées Nationales Microondes (JNM), Limoges, France, Juin 2022.

[9] S. Li, T. Chi, J. S. Park and H. Wang, “A multi-feed antenna for antenna-level power combining,” 2016 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI), Fajardo, PR, USA, 2016, pp. 1589-1590, doi: 10.1109/APS.2016.7696501.

[10] H. Wang et al., “Towards Energy-Efficient 5G Mm-Wave links: Exploiting broadband Mm-Wave doherty power amplifier and multi-feed antenna with direct on-antenna power combining,” 2017 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Miami, FL, USA, 2017, pp. 30-37, doi: 10.1109/ NBCTM.2017.8112905.

[11] S. Li, T. Chi and H. Wang, “Multi-Feed Antenna and Electronics Co-Design: An E-Band Antenna- LNA Front End With On-Antenna Noise-Canceling and G
ₘ-Boosting,” in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 55, no. 12, pp. 3362-3375, Dec. 2020, doi: 10.1109/JSSC.2020.3024592.

[12] S. N. Nallandhigal and K. Wu, “Unified and Integrated Circuit Antenna in Front End—A Proof of Concept,” in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 67, no. 1, pp. 347-364, Jan. 2019, doi: 10.1109/TMTT.2018.2872962.