The aim of the research work presented here, is to contribute to the adaptation of electronic packaging towards the needs of high frequency applications. As the field of electronic packaging stretches over several very different professional areas, it takes an interdisciplinary approach to optimize the technology of electronic packaging. Besides this, an extensive knowledge of industrial engineering should be an essential part of this undertaking to improve electronic packaging. Customary advances in technology are driven by new findings and a continuous development of processes in clearly defined fields. However, in the field of the higher levels of the interconnection hierarchy, that is external to the chip level interconnections and chip packaging, it is supposed that a wide combination of disciplines and technical creativity, instead of advanced technology in a special area should produce most added value. The thesis is divided into five areas, interlinked by the overall aim of there advantages to the common goal. These areas are the Printed Wiring Board (PWB) technology, PWB connections using flexible printed circuit boards, multiconductor cable connections, shielded enclosures and the related EMC issues, and finally the cooling of electronics. A central issue was to improve the shielded enclosures to be effective also at very high frequencies; it will be shown that shielded enclosures without apertures can cope with frequencies up to and above 15 GHz. Due to this enclosure without apertures, it was necessary to develop a novel cooling structure. This cooling structure consists of a heat sink where the PCB’s are inserted in close contact to the cooling fins on one side, whereas the other side of the heat sink is cooled by forced ventilation. The heat transfer between these parts is completely inside the same body. Tests carried out on a prototype have shown that the performance of the cooling structure is satisfactory for electronic cooling. Another problem area that is addressed are the interconnect problems in high frequency applications. Interconnections between parts of a local electronic system, or as within the telecom and datacom field between subscribers, are commonly accomplished by cable connections. In this research work multiconductor cables are examined and a patented novel cable-connector for high frequency use is presented. Further, an experimental complex soldering method between flexible printed circuits boards and rigid printed circuits boards, as part of connections between PCBs, is shown. Finally, different sectors of the PCB technology for high frequency applications are scrutinized and measurements on microstrip structures are presented. / QC 20101006

This study presents a method for measurement of whole-body average specific absorption rate (WBSAR) of a millimeter wave (mmWave) antenna in a reverberation chamber. The method takes advantage of multiple radiated power measurements to estimate the power absorbed in a phantom placed in front of the antenna. The first set of measurements is a total radiated power estimation of the antenna. The second set measures the radiated power from the combined antenna and phantom system. By taking the difference between the two measurements, the power absorbed in the phantom and hence WBSAR, which is defined as the total power absorbed in a body divided by the whole-body mass, can be estimated. This method builds on previous reverberation chamber techniques and improves them by isolating only the power absorbed from direct illumination corresponding to a realistic exposure environment of mmWave antennas with high directivity. Verification has been performed by comparing measurements of a horn antenna with a simulation. The difference between measurements and simulation has been found to be less than 1 dB, while the maximum measurement uncertainty was estimated to be 1.1 dB. With the developed method, WBSAR measurements of an Ericsson 5G mmWave base station has been conducted. In 2020 the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) published new guidelines for radio frequency electromagnetic fields containing limitations for WBSAR up to 300 GHz. Since these guidelines are new there is currently no standardized measurement method to assess WBSAR in the mmWave frequency ranges. Therefore, the proposed method could be of interest for standardization institutions. / I denna studie presenteras en metod för att i en modväxlande kammare mäta helkroppsbaserad specifik absorptionshastighet (whole-body average specific absorption rate, WBSAR) för en antenn i millimetervågsområdet. Metoden använder mätningar av utstrålad effekt i två situationer, utan och med en helkroppsmodell (fantom). Först mäts den utstrålade effekten från antennen utan fantom, sedan mäts den när fantomen är placerad framför antennen. Differensen mellan de två mätningarna ger den absorberade effekten i fantomen, vilken kan användas för att bestämma WBSAR genom att dela med massan. Metoden bygger på tidigare tekniker för modväxlande kammare och utvecklar dem genom att isolera effekten absorberad från direkt exponering. På så sätt ger metoden realistiska resultat för starkt riktade millimetervågsantenner. Verifikation har utförts genom att jämföra mätningar av en hornantenn med simuleringar vid 28 GHz. Skillnaden mellan de mätta och simulerade värdena var mindre än 1 dB och med en uppskattad maximal mätosäkerhet på 1.1 dB. Med den utvecklade metoden mättes WBSAR för en Ericsson 5G basstation vid frekvensen 28 GHz. År 2020 publicerade ICNIRP nya riktlinjer för exponering för radiofrekventa elektromagnetiska fält som inkluderar begränsningar av WBSAR vid frekvenser upp till 300 GHz. Eftersom dessa riktlinjer är nya finns nuvarande ingen standardiserad metod för att mäta WBSAR i millimetervågsområdet. Metoden kan därför vara av intresse för standardiseringsorganisationer

Диссертация посвящена исследованию акустических характеристик реверберационной камеры. Проведены измерения звукового давления с целью исследования звукового поля в помещениях низкого и высокого уровня реверберационной камеры. Для определения диффузности поля были проведены измерения звукового давления в точках, равномерно рассредоточенных по площади камер на четырех уровнях по высоте. Исследование времени реверберации проводилось с использованием метода прерываемого шума и фиксации измерительным прибором кривой спада. Для установления характерной корреляционной связи между уровнем звукового давления в измерительных точках и расстоянием до источника звука был проведен расчет коэффициента корреляции Пирсона. Исследована степень влияния отделки помещения на величину времени реверберации. / The thesis is devoted to the study of the acoustic characteristics of reverberation chamber. Sound pressure measurements have been carried out to study the sound field in low and high level rooms of reverberation chamber. To determine the diffuse field of sound, the sound pressure was measured at points uniformly distributed over the area of the chambers at four levels in height. The reverberation time was studied using the method of interrupted noise and fixing the decay curve by the measuring instrument. To establish the characteristic correlation between the sound pressure level at the measuring points and the distance to the sound source, the Pearson correlation coefficient was calculated. The degree of influence of the finishing room on the amount of reverberation time was investigated.

As the automotive industry advances through technology integration, components are designed to operate at increasingly higher frequencies. Consequently, there will be an increasing demand for automotive electromagnetic compatibility (EMC) testing. Testing and certification institutes, such as RISE Research Institutes of Sweden AB, thus face an urgent need to develop innovative solutions that can effectively address this growing demand. This master thesis work concerns one EMC test method in particular - the On-board Transmitter (OBT). This is a test which mainly serves to test the immunity of vehicles to electromagnetic disturbances originating from hand-held devices. The conventional test is performed in an anechoic chamber and the methodology requires a substantial amount of time. The intent with this work is thus to evaluate the potential of a novel OBT method where the concept of a reverberating chamber is applied inside the vehicle compartment. Initially, the conventional method was examined from two mock-ups of idealized cases, and it was observed that the electromagnetic field in the near-field region of the transmitter is highly erratic. It was also concluded that the test setup is particularly sensitive to the polarization of the transmitter. With these findings in mind, the accuracy of the conventional method was deemed questionable. Evaluation of the proposed Reverberating On-board Transmitter (ROBT) method proved that the electromagnetic environment inside the vehicle did not resemble a perfect reverberation chamber. Which was expected as the absorbing material such as seating and upholstery likely prevents a field distribution similar to that in a reverberation chamber. Still, the intent of the project was to find a test method superior to the conventional method and it can be stated that the ROBT method is an adequate option due to its capacity to expose the electronics to isotropic radiation. This was found from two measures which this thesis introduces: expected isotropicity eiso, a relative measure of the electric field components and DDoF, a quantification of the spatial distribution inside a reverberation chamber. / EMC VERifiering av Autonoma fordon i modväxlad kammare (EMCVERA)

Ce travail de thèse consiste en la conception et l'analyse d’un système d'exposition des animaux in vivo avec les signaux Wi-Fi dans une chambre réverbérante. La nouvelle méthode d'excitation est appliquée avec 6 antennes qui fonctionnent aléatoirement pour avoir un champ plus homogène et des ondes venant de toutes les directions. Cette configuration permet d'éviter une grande taille du brasseur de la chambre réalisée. La répartition de puissance chez les rats est étudiée par la méthode hybride de simulation-mesure. La puissance incidente est enregistrée de même que le champ au centre de la chambre. Le rapport de la puissance incidente sur E carré moyenné est déterminé. La méthode FDTD est choisie pour la simulation et permet d’analyser la répartition de la puissance absorbée par les rats. La distribution du champ dans la chambre suit une statistique de Rayleigh comme il a été prouvé par les études et les mesures. Donc, la boîte de Huygens est utilisée pour émettre des ondes planes aléatoires (avec les paramètres suivant distribution Rayleigh) et exposer les rats. On peut alors obtenir le rapport de DAS pour le corps entier chez les rats sur E carré moyenné dans la chambre. Donc il est possible de relier le DAS corps entier chez les rats et la puissance d’entrée dans la chambre à E carré moyenné. Une autre méthode de simulation est aussi appliquée pour vérifier ce résultat. L’évaluation de la variabilité des résultats pour plusieurs paramètres à différents âges des rats est effectuée. En générale, les sources de variabilité sont classifiées selon trois parties : simulation, mesure, et interface entre les deux. Le DAS corps entier chez les rats pendant toute la période d’exposition avec le domaine de variabilité sont présentés dans ce travail. Cette étude pourra être utilisée afin d'évaluer des résultats d’une exposition à long terme des animaux. Elle pourra aussi servir à caractériser le champ dans des environnements domestiques et urbains / This thesis dedicates to design and analysis for the animal in vivo Wi-Fi exposure system by reverberation chamber. 6 random functioned antennas are deployed in the reverberation chamber to radiate the rats with homogenous field and Omni-direction waves. So, there is no significant size stirrer in the system. Power absorption by rats is studied by the simulation-measurement hybrid method. In this method, by measurement, incident power and the mean squared E in the system are recorded. The ratio these factors are obtained. For simulation, FDTD is chosen to analyse the power absorption by the rats. E distribution in reverberation chamber is proved as Rayleigh statistics by studies and measurements. One Huygens box is constructed to radiate the rats. There is no need to realise the wall, the antennas and the accessories of the system. So the whole body averaged SAR can be obtained with the mean squared E in the chamber. Then whole body averaged SAR is linked with the incident power. One other method has also been applied to verify the results. Evaluation of the result variability depending on different parameters of rats with different ages is performed. The variability comes from simulation, measurement and interface between these two parts. Whole body averaged SAR with the variability domain on function of the rat's age is presented in this thesis. This work can be used to evaluate the long term animal exposition. It can also serve to characterise the field in modern domestic and urban environments

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.

Ce travail porte sur l’étude de l’environnement électromagnétique dans une chambre réverbérante à brassage mécanique de modes. Les chambres réverbérantes constituent un outil fondamental pour réaliser des mesures de compatibilité électromagnétique. Leur étude se focalise généralement sur les propriétés statistiques de la puissance du champ stationnaire. Cependant, d’autres études de ce champ stationnaire ont été faites sous un autre angle qui consiste à utiliser la décomposition en spectre d’ondes planes pour décrire ce champ. Les méthodes d’estimation spectrale à haute résolution constituent un outil puissant pour identifier les directions d’arrivée d’ondes planes. Ces méthodes réputées puissantes sont paramétriques, elles requièrent la connaissance a priori du nombre d’ondes planes à séparer. Une méthode complète basée sur le critère MDL (Minimum Description Length) pour l’estimation d’ordre et de l’algorithme MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) a été codée pour l’estimation du nombre, des directions d’arrivée, des amplitudes et des phases des ondes planes. L’adaptation de l’estimateur du spectre d’ondes planes à l’environnement de la chambre réverbérante, qui est un milieu à forte corrélation, nécessite l’utilisation de la technique de lissage spatial pour décorréler les fronts d’onde. La simulation du fonctionnement de la chambre réverbérante par la méthode numérique FDTD (Finite Difference Time Domain) a permis d’avoir les cartographies du champ électrique pour réaliser l’étude de la variation du spectre angulaire par rotation du brasseur mettant en évidence l’effet du mouvement du brasseur sur les directions d’arrivée des ondes et sur leurs puissances respectives. Ce travail se termine par une étude statistique des directions d’arrivée et des amplitudes des ondes planes de la décomposition / This work deals with the study of electromagnetic environment in a mechanical stirred reverberation chamber. The reverberation chamber is a fundamental tool to perform measurements of electromagnetic compatibility. Its study is generally focused on the statistical properties of the stationary field power. However, other studies based on field decomposition on plane waves have been made to describe this environment. High resolution spectral methods are powerful tools to estimate the directions of arrival of plane waves. These parametric methods require a priori the knowledge of the number of plane waves to separate. A complete method based on MDL (Minimum Description Length) criterion and MUSIC algorithm (MUltiple SIgnal Classification) is developed for plane waves number, directions of arrival (DOA), amplitudes and phases estimation. To adapt the plane waves estimator to the environment of the reverberation chamber, which is a highly correlated medium, spatial smoothing technique is used for wavefronts decorrelation. The reverberation chamber is simulated by the FDTD (Finite Difference Time Domain) numerical method to obtain the electric field cartographies. They are then used to study the stirrer rotation effect on plane wave directions of arrival and their respective powers. This work concludes with a statistical study on the plane wave DOA and amplitudes

Les chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM) utilisées dans l'industrie pour tester l'immunité ou la susceptibilité des systèmes électroniques embarqués (avion, automobile , smartphone,...) vis-à-vis des ondes électromagnétiques (EM) présentes dans leur environnement. Les CRBM doivent toutes répondre à un certain nombre de critères statistiques fixés par une norme internationale. Le critère principale étant l'obtention d'un champ statistiquement uniforme et isotrope autour de l'objet sous test. Afin améliorer et de mieux maîtriser les propriétés statistiques de ces systèmes pour des fréquences proches de leur fréquence minimale d'utilisation, nous proposons de les rendre chaotiques afin de profiter des propriétés statistiques universelles des résonances des cavités chaotiques. Nous commencerons par montrer comment rendre chaotique, par des modifications simples, des chambres réverbérantes conventionnelles, et comment étendre les prédictions de la théorie des matrices aléatoire appliquée (TMA) à l'hamiltonien effectif, permettant de décrire les systèmes chaotiques ouverts, au cas de systèmes décrits par des champs vectoriels. Ensuite, nous comparerons, au moyen de simulations et d’expériences, les distributions d'intensité et les fluctuations des maxima du champ EM dans une CRBM conventionnelle et dans une CR chaotique au voisinage de la fréquence minimale d’utilisation. Ce travail illustre que les propriétés statistiques spectrales et spatiales universelles des CR chaotiques permettent de mieux répondre aux critères exigés par la norme internationale pour réaliser des tests de compatibilité électromagnétiques. / Mode-stirred reverberation chambers (RC) are used in the industry to test the immunity or the susceptibility of on-board electronic systems (plane, automobile, smartphone) towards the electromagnetic waves present in their environment. Mode-stirred RCs have to comply with a number of statistical criteria fixed by international standards. The chief criterion relies on a statistically uniform and isotropic field around the object under test. In order to improve and master the statistical properties of these systems for frequencies close to their lowest useable frequency, we suggest making them chaotic to take advantage of universal statistical properties of the resonances of chaotic cavities. We first show how to make chaotic RCs by simple modifications of a conventional RC and how to extend the predictions of the random matrix theory applied to the effective hamiltonien describing the open chaotic systems, to the case of vectorial fields. Then, we compare, by means of simulations and experiments, the distributions of intensity and the fluctuations of the maxima of the field in a conventional RC and in a chaotic RC close to the lowest useable frequency. This work illustrates that the universal spectral and spatial statistical properties of chaotic RCs allow to better comply with the criteria required by the international standards.

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.

Since the last few years, the unprecedented growth of communication systems involving the propagation of electromagnetic waves is particularly due to developments in mobile phone technology. The reverberation chamber is a reliable bench-test, enabling the study of the effects of electromagnetic waves on a specific electronic appliance. However, the operating of a reverberation chamber being rather complicated, development of numerical models are of utmost importance to determine the crucial parameters to be considered.This thesis consists in the modelling and the simulation of the operating principles of a reverberation chamber by means of the Finite-Difference Time-Domain method. After a brief study based on field and power measurements performed in a reverberation chamber, the second chapter deals with the different problems encountered during the modelling. The consideration of losses being a very important factor in the operating of the chamber, two methods of implementation of these losses are set out in this chapter. Chapter~3 consists in the analysis of the influence of the stirrer on the first eigenmodes of the chamber; the latter modes can undergo a frequency shift of several MHz. Chapter~4 shows a comparison of results issued from high frequency simulations and theoretical statistical results. The problem of an object placed in the chamber, resulting in a field disturbance is also tackled. Finally, in the fifth chapter, a comparison of statistical results for stirrers having different shapes is set out.