Ce travail de thèse porte sur l’étude des chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM), dispositifs de mesure en compatibilité électromagnétique (CEM) qui sont de plus en plus employés car moins onéreux que l’utilisation des chambres anéchoïques. La principale contribution de notre travail porte sur l’étude de méthodes alternatives pour la caractérisation de l’environnement électromagnétique d’une CRBM. La méthode développée dans la thèse est une autre approche permettant de vérifier certaines propriétés des champs (uniformité, lois statistiques) dans le volume de test (VDT) au moyen des monopoles électriquement petits installés sur les parois de la chambre. De ce fait, le VDT est libéré de l’antenne de référence utilisée dans les procédures normatives actuelles. L’avantage de tels capteurs (par rapport aux antennes et sondes de champ commerciales) est leur coût et leur encombrement insignifiants. En plus, leur interaction avec l’équipement sous test (EST) est pratiquement nulle.La thèse est organisée en deux grandes parties :Après avoir rappelé dans une première partie, les différentes études déjà réalisées sur les parois des CRBM, nous avons développé et validé expérimentalement un modèle théorique simplifié visant à décrire les propriétés du champ électromagnétique au voisinage des parois.Dans la deuxième partie, nous démontrons la faisabilité d’une détermination du champ électrique dans le VDT au moyen de ces monopoles sur parois et ce, sur une très large plage de fréquences. La bonne concordance de ces résultats avec ceux de capteurs conventionnels placés dans le VDT valide notre approche. / The work presented in this thesis deals with mode stirred reverberation chambers (MSRC), which are being increasingly used for electromagnetic compatibility (EMC) measurements because they are less expensive than anechoic chambers. Our main contribution is the study of alternative methods for characterizing the electromagnetic environment inside a MSRC.The method developed in the thesis enables to check some properties of the fields (statistical uniformity of the field) in the uniform working volume (UWV) with electrically small wall-mounted monopoles. The advantage of such sensors (compared to conventional antennas and field probes) is their low cost and their insignificant size. In addition, their interaction with the equipment under test (EUT) is practically null. The thesis is organized into two major parts:In a first part, after a short presentation of some studies already carried out on the walls of MSRC, we have developed and experimentally validated a simplified theoretical model to describe the properties of the electromagnetic fields near the walls.In the second part, we demonstrate the feasibility of determining the electric field inside the UWV by means of the monopoles installed on the walls in a large frequency range. The good agreement of the results with those of conventional sensors placed inside the UWV validates our approach.

Cette thèse concerne la modélisation numérique de Chambres Réverbérantes à Brassage de Modes (CRBM). Cet outil est utilisé pour les tests en Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) de systèmes électroniques variés. L'utilisation de modèles temporel, géométrique et électronique particuliers a été motivée en s'appuyant sur un maximun de paramètres réels. La prise en compte naturelle par la méthode des Volumes Finis dans le Domaine Temporel (VFDT) de géométries complexes autorise la modélisation conforme des équipements rencontrés en CRBM. L'intégration réaliste des pertes est assurée via un filtre temporel spécifique. Ces travaux ont permis de quantifier au mieux les effets de la dissipation numérique VFDT : une technique temporelle hybride Différences Finies/ Volumes Finis adaptée est ainsi proposée. Enfin, différentes améliorations numériques permettent d'optimiser les développements actuels des simulations temporelles en chambre réverbérante sont présentées.

Ce travail porte sur l'optimisation de la géométrie de chambre réverbérante en s'inspirant du concept de cavité chaotique. Les chambres réverbérantes (RC) sont de plus en plus utilisées comme moyen de test de compatibilité électromagnétique. Elles sont utilisées au-delà d'une fréquence minimale à parti de laquelle les champs sont, dans le volume central de la cavité, statistiquement homogènes et isotropes ; l'obtention de ces propriétés statistiques nécessite l'utilisation d'un mécanisme de brassage, pouvant être mécanique ou électronique. Or, dans les cavités chaotiques, la plupart des modes sont associés à des champs statistiquement homogènes et isotropes, et ceci sans avoir recours à aucun brassage. C'est pourquoi un rapprochement entre chambres réverbérantes et cavités chaotiques a été fait dans ce travail.En premier lieu, nous nous intéressons à des cavités chaotiques 2D obtenues par des modifications successives d'une cavité rectangulaire. Les mesures effectuées dans ces cavités à l'aide d'une théorie perturbative, validées par des résultats de simulation, montrent qu'un champ électrique homogène est obtenu. Les principes retenus pour modifier la géométrie de la cavité rectangulaire seront repris dans les cavités 3D.Les propriétés de trois cavités 3D obtenues en modifiant une cavité parallélépipédique sont étudiées et comparées à celles d'une chambre réverbérante classique munie d'un brasseur de modes. Les modes propres et fréquences de résonance sont déterminés pour ces quatre cavités à l'aide du logiciel HFSS d'Ansoft, tout d'abord en considérant des cavités de géométrie figée, puis en y incluant un brassage mécanique.L'étude de l'homogénéité et de l'isotropie des modes propres montre clairement que les meilleures performances sont obtenues pour une des cavités chaotiques proposées, et ceci quels que soient les critères utilisés.Par ailleurs, il est montré que, dans la chambre réverbérante classique, un grand nombre de modes présente une forte localisation spatiale de l'énergie électrique, alors que ce phénomène ne se produit pas dans la cavité chaotique retenue. Ce phénomène, non détectable par les mesures classiquement effectuées en chambre réverbérante, est dommageable à l'obtention des propriétés d'homogénéité et d'isotropie requises dans le volume de travail.Enfin, l'étude de la distribution des écarts entre fréquences de résonance montre, comme prédit par la Théorie des Matrices Aléatoire, une concordance entre le suivi de la loi asymptotique prévue dans une cavité chaotique et les propriétés d'homogénéité et d'isotropie des champs. Ceci ouvre la voie vers l'utilisation de critères de caractérisation basés sur les fréquences de résonance et non plus uniquement sur les distributions des champs / This work deals with the optimization of the geometry of a reverberation chamber, drawing inspiration from the concept of chaotic cavity. Reverberation chambers, widely used for electromagnetic compatibility tests, are used above a minimal frequency from which the fields are statistically isotropic and uniform; however to respect these properties, a mode stirring process is necessary, that can be mechanical or electronic. As, in chaotic cavities, most modes are isotropic and uniform without the help of any stirring process, we take advantage of the knowledge gained from the studies of chaotic cavities to optimize reverberation chamber behavior.We firstly consider 2D chaotic cavities obtained by modifying a rectangular cavity. Measurements besed on a perturbative approch, and validated by simulations, show uniformly distributed electric fields. Similar geometrical modifications are then proposed in 3D.Three 3D different geometries of cavities obtained from a 3D rectangular cavity are then studied, and their properties are compared with those of a classical reverberation chamber equipped witdh a mode stirrer. Eigenmodes and resonant frequencies are determined numerically using Ansoft HFSS software, first by considering fixed cavity geometries, then by moving the stirrer.Electric field uniformity and isotropy are studied using several criteria; all of them clearly show that the best performances are attained within one of the proposed chaotic cavities.Moreover, a strong energy localization effect appears for numerous modes in the classical reverberation chamber, whereas it is not observed in the proposed 3D chaotic cavity. This effect, never reported in reverberation chamber studies, affects the field uniformity and isotropy within the working volume.The cavities properties are also compared width respect to their eigenfrequency spacing distributions. As predicted by the Random matrix Theory, the best agrement width the asymptotic law associated to chaotic cavities corresponds to the best field properties in terms of uniformity and isotropy. It leads to the proposal of reverberation chamber characterization criteria based on resonant frequencies instead of field distributions

Le travail présenté dans cette thèse concerne la mise en oeuvre numérique de techniques temporelles pour des applications en compatibilité électromagnétique (CEM) impulsionnelle, essentiellement pour des études en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM). Prenant le contre-pied des approches fréquentielles, adaptées par nature aux études de cavités résonantes, l'idée directrice de ce mémoire a été d'étudier des moyens temporels originaux d'investigation de CRBM en vue de proposer de nouveaux paradigmes pour la caractérisation d'équipements. Originellement développé en acoustique, le processus de retournement temporel (RT) récemment appliqué aux ondes électromagnétiques permet une focalisation spatiale et temporelle de ces dernières d'autant meilleur que le milieu de propagation est réverbérant. Les chambres réverbérantes (CR) sont ainsi des endroits idéaux pour l'application du processus de RT. Après une nécessaire étude des nombreux paramètres qui gouvernent ce dernier couplée à la définition de méthodologies numériques spécifiques, les applications du RT en CRBM sont exposées. En particulier, l'intérêt d'une focalisation sélective pour des tests en susceptibilité rayonnée est démontré. L'importance des coefficients d'absorption et de diffraction des équipements en CRBM justifie leur caractérisation précise et efficace. À cette fin, la mise en oeuvre d'un calcul temporel de section efficace totale de diffraction (TSCS en anglais) est détaillée. L'application de cette nouvelle technique à différentes formes de brasseurs de modes permet au final de confronter ces résultats avec ceux obtenus à l'aide de tests normatifs CEM.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la caractérisation des systèmes de communication sans fil utilisant la diversité des antennes. En effet, ces systèmes permettent de lutter contre les évanouissements des signaux, lorsque le terminal est placé dans un environnement riche en multi-trajets. L’objectif d'une telle recherche est : d’étudier l'association de plusieurs antennes à l'émission et / ou la réception pour améliorer le bilan de liaison, et la capacité des systèmes sans fil, (diminution de BER (Bit Error Rate), augmentation de débit ...). Cette thèse s’intéresse à l'aspect électromagnétique et traitement du signal. Afin de comprendre les phénomènes mis en jeu, et de caractériser les performances du terminal, il doit être placé dans un environnement de propagation multi-trajets contrôlable dans le temps et dans l'espace.Cela nous amène à trouver des méthodes de mesures capables de reproduire des modèles de canaux de propagation réalistes. Dans le cadre de cette thèse la méthode utilisée est la chambre réverbérante. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'aspect temporel. La chambre réverbérante (RC) est considérée comme un outil utile pour émuler des environnements riches en multi-trajets. Dans cette contribution, ce dispositif est utilisé pour émuler des modèles canaux multi-trajets, et évaluer la performance des systèmes de communication sans fil. Cette évaluation est effectuée avec des mesures en temps réel et non temps réel. Parmi les objectifs de cette thèse est d'obtenir un modèle de simulation électromagnétique de la chambre réverbérante basé sur une approche circuit, afin de déterminer la fonction de transfert de canal en fonction des pertes. / This thesis is part of the field of the characterization of wireless communication systems using antennas diversity. Indeed, such systems allow fighting against the signals fading, when the terminal is inside a strong multipath environment. The issue of such research is: to study the association of multiple antennas at transmitting and/or receiving sides to improve the link budget, and the capacity of wireless systems, (decrease of BER (Bit Error Rate), increase of throughput …). This thesis takes an interest to the electromagnetic aspect, and signal processing. In order to understand the involved phenomena, and to characterize the terminal performance, it should be placed in a controlled multipath propagation environment in time, and in space. This brings us to find measurement methodologies able to reproduce models of realistic propagation channels. As part of this thesis the method used is the reverberation chamber. In this thesis we are interested in the time aspect. Reverberation chamber (RC) is considered as a useful tool to emulate rich multipath environments. In this contribution, this device is employed to emulate multi clusters channel models (cluster is defined as a group of multipath), and evaluate performance of wireless communication systems. This evaluation is performed with real time and not-real time measurements. It remains to note that among the objectives set out in this PhD thesis is to obtain electromagnetic simulation model of the reverberation chamber based on circuit approach, in order to determine the channel transfer function versus losses quantities.

Le travail présenté dans cette thèse concerne la mise en oeuvre numérique de techniques temporelles pour des applications en compatibilité électromagnétique (CEM) impulsionnelle, essentiellement pour des études en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM). Prenant le contre-pied des approches fréquentielles, adaptées par nature aux études de cavités résonantes, l’idée directrice de ce mémoire a été d’étudier des moyens temporels originaux d’investigation de CRBM en vue de proposer de nouveaux paradigmes pour la caractérisation d’équipements. Originellement développé en acoustique, le processus de retournement temporel (RT) récemment appliqué aux ondes électromagnétiques permet une focalisation spatiale et temporelle de ces dernières d’autant meilleur que le milieu de propagation est réverbérant. Les chambres réverbérantes (CR) sont ainsi des endroits idéaux pour l’application du processus de RT. Après une nécessaire étude des nombreux paramètres qui gouvernent ce dernier couplée à la définition de méthodologies numériques spécifiques, les applications du RT en CRBM sont exposées. En particulier, l’intérêt d’une focalisation sélective pour des tests en susceptibilité rayonnée est démontré. L’importance des coefficients d’absorption et de diffraction des équipements en CRBM justifie leur caractérisation précise et efficace. À cette fin, la mise en oeuvre d’un calcul temporel de section efficace totale de diffraction (TSCS en anglais) est détaillée. L’application de cette nouvelle technique à différentes formes de brasseurs de modes permet au final de confronter ces résultats avec ceux obtenus à l’aide de tests normatifs CEM. / The work presented in this thesis concerns the use of time techniques for impulsive ElectroMagnetic Compatibility (EMC) applications, mainly for Modes Stirred Reverberation Chamber (MSRC) studies. Contrary to approaches from frequency domain, obviously well-fitted for studies in resonant cavities, the main idea of this thesis was to study an original time method for MSRC investigation to propose new paradigms for equipment characterization. Originally developed in acoustics, the Time Reversal (TR) process recently applied to electromagnetic waves allows focusing it both in time and space. The process quality is even higher if the propagation environment is reverberant. Thus, the Reverberation Chambers (RC) are an ideal locations for TR implementation. After a study of parameters involved in the TR process coupled with the definition of specific numerical methods, the applications of TR in MSRC are exposed. In particular, the interest of selective focusing for radiated susceptibility tests is demonstrated. The importance of absorption and diffraction coefficients for MSRC equipment justifies their accurate and efficient characterization. To this end, the implementation of a temporal calculation of the Total Scattering Cross Section (TSCS) in RC is detailed. The application of this new technique to different forms of stirrers allows finally to face these results with those obtained from standard EMC test.

Le développement des moyens de communications par l'intermédiaire des ondes<br /> électromagnétiques connaît une croissance sans précédent depuis quelques années, grâce<br /> notamment au développement de la téléphonie mobile. La chambre réverbérante est un<br /> moyen d'essais qui permet d'étudier l'influence de ces ondes électromagnétiques sur un<br /> appareil électronique particulier. Cependant, le fonctionnement d'une chambre<br /> réverbérante étant complexe, il est primordial de procéder à des simulations afin de<br /> déterminer quels sont les paramètres cruciaux entrant en jeu.<br /> <br /> Le travail de cette thèse consiste à modéliser et à simuler le fonctionnement d'une<br /> chambre réverbérante à l'aide de la méthode des différences finies dans le domaine<br /> temporel. Après une brève étude portant sur quelques résultats de mesures de champ et<br /> de puissances effectuées dans une chambre réverbérante, le chapitre~2 aborde les<br /> différents problèmes liés à la modélisation de la chambre. La notion de pertes étant<br /> déterminante pour évaluer le fonctionnement d'une chambre réverbérante, deux méthodes<br /> implémentant ces pertes sont aussi exposées dans ce chapitre. L'étude menée dans le<br /> chapitre~3 consiste à analyser l'influence du brasseur sur les premiers modes propres<br /> de la chambre, ceux-ci pouvant être décalés de plusieurs MHz. Le chapitre~4 présente<br /> des résultats de simulations en hautes fréquences comparés à des résultats<br /> statistiques théoriques. Le cas de la présence d'un objet au sein de la chambre<br /> pouvant perturber le champ est aussi abordé. Enfin, le chapitre~5 montre une<br /> comparaison des résultats statistiques dans le cas où l'on considère plusieurs formes<br /> de brasseurs.