Les technologies CPL offrent une possibilité de créer un réseau informatique en utilisant le réseau électrique domestique comme support de communication. Elles offrent aujourd’hui des débits suffisants pour mettre en place les mêmes applications que sur les réseaux wifi ou Ethernet. Néanmoins, les performances sont très tributaires de la configuration électrique et électromagnétique de l’habitation et peuvent se révéler dans plusieurs cas non satisfaisantes. L’objectif de ce mémoire est de développer un outil déterministe permettant de qualifier une installation électrique vis-À-Vis du CPL. Après une analyse et une étude comparative des modèles les fréquents dans les travaux scientifiques, celui basé sur les multi trajets a été choisi et implémenté. L’outil permet de calculer des paramètres du canal entre deux points du réseau. Les éléments de protection (disjoncteurs) non repris dans la littérature ont été caractérisés et modélisés. L’impact de la topologie du réseau (dérivation, étoile, cascade) et du type de câble (R02V, ICT) a été investigué. Lorsque la topologie du réseau électrique n’est pas connue, nous avons initié une approche pour la déterminer à partir des temps de propagation d’une impulsion entre les prises de courant. / Power line communications (PLC) technologies allow deploying low cost home data network using power cables as transmission lines. They offer nowadays data rate sometimes upper than those of Wifi standard. However, PLC performances strongly depend on the electric and electromagnetic environment of the domestic power grid. The announced data rates are then rarely achieved. The aim of this work is to develop a tool computing the expected PLC performances of a given network. Frequent PLC models are compared and the multipath model has been chosen after than analysis. The developed simulator can compute the transmission parameters (transfer function, channel capacity, coherence bandwidth) between two points of the grid. The influence of the grid topology and the cable type is investigated. When the grid topology is unknown, an algorithm to compute it has been initiated from the pulse propagation times between power outlets.

Ce mémoire présente une étude approfondie pour optimiser la communication sur ligne électrique dans la bande de fréquences de 1 à 30 MHz. D'abord, une revue de littérature est réalisée. Cette revue fait état de la recherche dans le domaine. Elle fait également état du modèle de canal qu'est la ligne électrique. Le canal est, par la suite, caractérisé en laboratoire. Un simulateur est conçu de manière à permettre l'essai d'une grande variété de stratégies de modulation et démodulation. Ces différentes stratégies sont testées avec plusieurs charges et topologies. De ces tests, une analyse est faite dans l'objectif d'identifier les meilleurs paramètres de modulation et de démodulation. Une seconde analyse, qui s'intéresse à la localisation des erreurs dans les paquets en fonction des charges et topologies, est réalisée. Cette analyse présente des suggestions pour améliorer les performances de communication. Finalement, certaines stratégies de modulation et de démodulation ont été retenues parmi celles étudiées précédemment. Les performances des stratégies retenues ont été confirmées par de nouveaux tests en laboratoire. Des tests dans des environnements résidentiels, commerciaux et universitaires ont également été réalisés. La validité des analyses précédentes a pu être confirmée avec ces tests. Certaines limitations du projet ont ressorti durant ces tests. Parmi celles-ci, on note le manque d'études approfondies de canal excessivement sélectif en fréquence. / This master's thesis presents an in-depth study to optimize power line communications in the 1-30 MHz frequency band. First, a literature review is conducted. This review reports on the research in the field. It also reports on the channel model that is the power line. The channel is then characterized in the laboratory. A simulator is designed to allow the testing of a wide variety of modulation and demodulation strategies. These different strategies are tested with several loads and topologies. From these tests, an analysis is made in order to identify the best modulation and demodulation parameters. A second analysis, which focuses on the location of errors in the packets according to the loads and topologies, is performed. This analysis presents suggestions for improving communication performance. Finally, some modulation and demodulation strategies have been selected among those previously studied. The performance of the selected strategies has been confirmed by further laboratory tests. Tests in residential, commercial and university environments were also performed. The validity of the previous analyses was confirmed with these tests. Some limitations of the project emerged during these tests. Among these, there is, for example, the lack of in-depth studies of excessive frequency selective channel.

During the last three decades, electronic devices have conquered the railway domain, taking the place previously held by electromechanical devices, thanks to higher performances and lower costs. The price of this "revolution" is the fact that, in order to work properly and reliably, electronic systems must be fairly immune to the effect of external interferers, while, at the same time, they are not to electromagnetically pollute the environment they work in. These issues are dealt with by electromagnetic Compatibility (EMC) whereas several international EMC standardization committees work on the definition of tests and rules the manufacturers must comply with. In the European Union, the reference for EMC issues in the railway domain is set by the CENELEC standard EN 50121, which deals with several aspects of a generic railway system, from the power-supply infrastructure to rolling stocks and signalling circuits. The introduction of this standard in 1996 has had a strong impact on rolling stock manufacturers, who are now required to test their products for EMC compliancy. As opposed to the automotive domain, the testing of trains cannot be performed in standard facilities, such as anechoic chambers, so that they have to be tested on actual railway lines, typically on the customer's. Industrial experience has shown that results obtained in this way are usually site-dependent, something that is against the very idea of a standard. The aim of this work is to prove the importance of the infrastructure in radiated emission tests, showing that the test results are site-dependent, thus subject to misunderstandings and misinterpretations. To this end, the features of a generic railway system are briefly described, pointing out the great variability in actual configurations, together with the absence of standard solutions. Subsequently, the electromagnetic modelling of a railway system is introduced, dealing with both propagation and radiation phenomena; in particular, the main topic here addressed is the modelling of supply-lines, through a quasi-TEM approach. The finite conductivity of the soil is taken into account by means of a closed-form formulation, thus avoiding numerical methods, and overcoming the limitations of Carson's model. Moreover, special attention is paid to discontinuities that would increase the model complexity, proposing approximated descriptions supported by numerical results. Results obtained with this model are then validated through several measurement campaigns carried out on actual railway lines, proving the effectiveness of the approach here pursued. The model is then employed in order to prove that some criteria in the standard EN 50121, specifically introduced in order to avoid site-dependency, are not realistic, thus leaving this issue unresolved. To this end, numerical examples are considered, assessing the impact of the infrastructure by comparing results obtained with realistic site configurations and with the ideal one envisaged by the standard. These comparisons are at the base of a tentative procedure that would allow to avoid the misinterpretations that triggered this work. Unfortunately, this approach requires an accurate description of the test-site. Since this is hardly the case, an alternative experimental characterization of the site is proposed, based on magnetic field measurements. This approach, involving the solution of an inverse problem, is shown to be feasible through a numerical validation, though its practical utilization requires efficient optimization techniques.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3704. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications.

La particularité des systèmes xDSL (Digital Subscriber Line) et CPL (Courants Porteurs en ligne) est de réutiliser des supports de transmission existants, à savoir l'infrastructure téléphonique et le réseau électrique domestique. Ces deux techniques présentent ainsi l'avantage d'optimiser l'utilisation de ces media de communication. Néanmoins les supports filaires utilisés n'étaient pas initialement destinés à la transmission d'informations à haut débit et des problèmes de Compatibilité Electromagnétique (CEM) se posent inévitablement. Dans ce contexte, ce travail de thèse étudie les problèmes de CEM dans les réseaux filaires supports des hauts débits, à partir des caractéristiques physiques des supports de transmission. Des solutions innovantes sont proposées pour la réduction de la diaphonie dans les réseaux téléphoniques multifilaires transportant les signaux xDSL; puis pour l'amélioration de la fonction de transfert du réseau électrique domestique, support des CPL.

Les composants nano électroniques ont fait l'objet d'intérêt marqué, au sein de la communauté des concepteurs de circuits radiofréquence au cours de ces dernières années. Non seulement ils peuvent présenter des caractéristiques intéressantes, mais ils offrent la perspective d'améliorations de la miniaturisation des composants les plus avancés. Les nanotubes de carbone et les nanofils conducteurs sont attendus comme pouvant potentiellement constituer des blocs utilisables dans les futurs circuits aux très faibles dimensions. Les conducteurs métalliques sont utilisés depuis longtemps pour réaliser des composants passifs dans les circuits intégrés radio fréquence, cependant très peu de travaux ont été menés sur des conducteurs ayant des dimensions nanométriques et fonctionnant dans le domaine millimétrique. L'objectif de cette thèse est d'exploré les propriétés RF de conducteurs métalliques aux dimensions nanométriques et la possibilité de les intégrés dans des circuits utilisant des technologies CMOS. Dans cette thèse, des lignes de transmission et des antennes intégrées sur puce, utilisant des nanofils conducteurs, ont été conçues et réalisées en utilisant un processus de fabrication "top-down". Les caractéristiques en terme de transmission de signal ont été observées expérimentalement dans le domaine millimétrique par la mesure de paramètres S. Deux types de lignes ont été conçus : des lignes micro-ruban de faible épaisseur et des lignes coplanaires. Les caractéristiques en fonction de la fréquence du signal d'excitation ont été analysées. Différents paramètres comme la largeur, l'épaisseur, le nombre de nanofils et la distance entre les nanofils ont été étudiés. De plus, un modèle de propagation basée sur des ondes quasi-TEM a été proposé pour obtenir une compréhension fine du comportement physique des nanofils. Par ailleurs, une étude approfondies concernant les techniques d'épluchage (de-embedding) a été menée afin d'améliorer la précision des mesures. En parallèle, des antennes dipôle et IFA, utilisant des nanofils, ont été réalisées pour tester la transmission sans ligne de propagation. Différentes dimensions de conducteurs et différents types de substrats ont été utilisés pour étudier leurs propriétés et obtenir les meilleures performances.

Th.--Sci., électronique--Toulouse--I.N.P., 1977. N°: 27.

L’objectif de ces travaux de recherche est la conception en technologie intégrée d’une nouvelle topologie de ligne de transmission accordable afin de réaliser des déphaseurs en bande millimétrique. Cette topologie nommée TS-CPW (pour « Tunable Slow wave CoPlanar Waveguide ») utilise d’une part le phénomène d’ondes lentes qui permet de miniaturiser longitudinalement la ligne de transmission et offre un facteur de qualité plus élevé qu’en technologie microruban intégrée, et d’autre part une approche de type MEMS (Micro Electro Mechanical system) afin obtenir l’accordabilité de la ligne avec une figure de mérite élevée comparativement à une approche de type varactor. Dans un premier temps, la topologie et la conception d’une ligne TS-CPW basée sur des simulations électromagnétiques sont présentées en technologie BiCMOS. Dans un second temps, toujours sur la base de TS-CPWs, des déphaseurs présentant 3-bit de résolution, avec différentes valeurs de déphasage total (de 157.5° et 315°), ont été développés à une fréquence de fonctionnement égale à 60 GHz. Les TS-CPWs et les déphaseurs ont été réalisés avec la technologie BiCMOS 0.25 µm de l’institut IHP en Allemagne, puis mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau à IHP et à l’IMEP-LaHc. / This work focuses on the design of millimeter-wave phase shifters based on a new topology of tunable transmission lines named Tunable Slow wave CoPlanar Waveguide (TS-CPW). TS-CPW uses, on one side, the slow wave phenomenon in order to miniaturize longitudinally the transmission line and to show a better quality factor than its integrated microstrip transmission line counterpart and, on the other side, the MEMS approach to achieve tunability of the transmission line with a good figure-of-merit. First, the topology, the design and the electromagnetic simulations of the TS-CPW based on MEMS (Micro Electro Mechanical system) are presented in a BiCMOS technology. Next, phase shifters with 3-bit of resolution based on TS-CPWs are developed at 60 GHz with two different values of total phase shift (157.5° and 315°). These TS-CPWs and phase shifters were fabricated in IHP’s 0.25 µm BiCMOS technology and measured on the vector network analyzers of IHP and IMEP-LaHC.

Les composants nano électroniques ont fait l'objet d'intérêt marqué, au sein de la communauté des concepteurs de circuits radiofréquence au cours de ces dernières années. Non seulement ils peuvent présenter des caractéristiques intéressantes, mais ils offrent la perspective d'améliorations de la miniaturisation des composants les plus avancés. Les nanotubes de carbone et les nanofils conducteurs sont attendus comme pouvant potentiellement constituer des blocs utilisables dans les futurs circuits aux très faibles dimensions. Les conducteurs métalliques sont utilisés depuis longtemps pour réaliser des composants passifs dans les circuits intégrés radio fréquence, cependant très peu de travaux ont été menés sur des conducteurs ayant des dimensions nanométriques et fonctionnant dans le domaine millimétrique. L'objectif de cette thèse est d'exploré les propriétés RF de conducteurs métalliques aux dimensions nanométriques et la possibilité de les intégrés dans des circuits utilisant des technologies CMOS. Dans cette thèse, des lignes de transmission et des antennes intégrées sur puce, utilisant des nanofils conducteurs, ont été conçues et réalisées en utilisant un processus de fabrication "top-down". Les caractéristiques en terme de transmission de signal ont été observées expérimentalement dans le domaine millimétrique par la mesure de paramètres S. Deux types de lignes ont été conçus : des lignes micro-ruban de faible épaisseur et des lignes coplanaires. Les caractéristiques en fonction de la fréquence du signal d'excitation ont été analysées. Différents paramètres comme la largeur, l'épaisseur, le nombre de nanofils et la distance entre les nanofils ont été étudiés. De plus, un modèle de propagation basée sur des ondes quasi-TEM a été proposé pour obtenir une compréhension fine du comportement physique des nanofils. Par ailleurs, une étude approfondies concernant les techniques d'épluchage (de-embedding) a été menée afin d'améliorer la précision des mesures. En parallèle, des antennes dipôle et IFA, utilisant des nanofils, ont été réalisées pour tester la transmission sans ligne de propagation. Différentes dimensions de conducteurs et différents types de substrats ont été utilisés pour étudier leurs propriétés et obtenir les meilleures performances. / Nano-electronic devices have attracted much attention for the radio frequency engineering community in recent years. They not only exhibit compelling characteristics but show promises to enhance the miniaturization of modern devices. Carbon nanotubes and conducting nanowires are believed to be potential building blocks for ultra-small chip of the future. Metallic wires have long been utilized as the passive components in the RF integrated circuit but there are very few studies on their nanoscale counterpart particularly up to millimeter-wave frequencies. The focus of this thesis is to explore RF properties of metallic nanowires and their potentials to be integrated in CMOS communication technology. In this thesis, transmission lines and on-chip antennas integrated with metallic nanowires were developed enabled by top-down fabrication processes. The signal transmission properties of such devices were characterized well into the mm-wave regime based on two-port S-parameters measurement. Two types of nano-transmission lines were designed: thin film microstrip lines and coplanar waveguides. Their transmission characteristics as a function of frequencies were analysed. Different parameters like the linewidth, thickness, number of nanowires, and the distance between the wires were examined. In addition, a quasi-TEM propagation model was proposed to provide a further insight into the physical behaviours of the nanowires. Moreover, a comprehensive study regarding the de-embedding techniques was carried out in order to improve measurement accuracy. Meanwhile, on-chip dipoles and planar meander-line inverted–F antenna were implemented to test the wireless signal transmission of the metallic nanowires. Various wires dimensions and substrates were designed to exploit their characteristics thus facilitating better transmission.

Cette thèse vise à développer des méthodologies originales et appropriées pour modéliser la propagation des ondes EM dans des tunnels de forme quelconque et à proposer des méthodologies pour optimiser les spécifications, la conception et le positionnement des antennes en tunnel. Nous avons proposé une méthode originale d’analyse modale full-wave pour traiter le cas de la propagation des ondes EM dans des structures de grandes dimensions électriques ou en milieux confinés de forme quelconque tels que les tunnels. Cette méthode consiste en une approche modale qui s’appuie sur l’algorithme 2,5D TLM et l’algorithme Matrix Pencil pour la discrimination des modes dans des structures à pertes dans lesquelles la densité modale est élevée et les modes se superposent. Nous avons considéré de nouvelles conditions aux limites appelées SIBC (Surface Impedance Boundary Condition) pour les guides d’ondes diélectriques à pertes. Afin de pouvoir analyser les cas généraux et plusieurs configurations de tunnel réalistes, nous avons proposé une nouvelle nomenclature des modes. En effet, la nomenclature des modes existante n’est plus applicable en raison des effets de dépolarisation des modes dans certains cas réalistes. Une nouvelle méthodologie pour la détermination des spécifications et des positions des antennes en milieux confinés ou guidés a ensuite été développée. Cette méthodologie repose sur la combinaison d’une analyse modale et de techniques d’optimisation afin d’ajuster le poids des différents modes dans le tunnel. Cette approche est utilisée dans le cas des antennes adaptatives mais elle n’a jamais été appliquée au cas de la propagation multi modes en tunnel. / This thesis aims to develop original and appropriate methodologies to model the propagation of EM waves in tunnels of any shape and to propose methodologies to optimize the specification, design and positioning of the antenna in the tunnel. We proposed a novel method for full-wave modal analysis to treat the case of EM wave propagation in structures of large electric dimensions or confined environments of any shape such as tunnels. This method is a modal approach which is based on the 2.5D TLM algorithm and Matrix Pencil algorithm for the discrimination of modes in lossy structures in which the modal density is high and the modes overlap. We considered new boundary conditions called SIBC (Surface Impedance Boundary Condition) for dielectric waveguides with losses. To analyze the general case and several realistic tunnel configurations, we proposed a new classification of modes. Indeed, the classification of existing methods is no longer applicable due to depolarization effects in some realistic cases. A new methodology for determining the specifications and positions of antennas in confined or guided structures was then developed. This methodology is based on a combination of modal analysis and optimization techniques to adjust the weights of the different modes in the tunnel. This approach is used in the case of adaptive antennas, but it has never been applied to the case of multipath propagation modes in the tunnel.