30% de la population Française dépassant l’âge des 60 ans en 2035, la notion d’accompagnement de la dépendance des personnes âgées est un enjeu sociétal avec l’impératif de prévention des risques à domicile. C’est dans ce contexte, avec l’arrivée des technologies d’intégration et de l’IoT que nous avons entrepris de concevoir et réaliser un patch électronique miniature capable de géolocalisation pour déclencher des alarmes en cas de fugue, de chute ou de déambulation. Un enjeu est la réalisation d‘antennes sur substrats souples comme éléments clés des fonctions de géolocalisation et de recharge par induction. Un travail de modélisation a permis l’optimisation d’antennes imprimées présentant un bon compromis intégration/performance. Un procédé technologique en salle blanche a été développé pour réaliser des antennes bicouches sur substrat polyimide souple. Plusieurs prototypes de patch complet ont été testés et validés en centre d’EHPAD / 30 % of the French population being over the age of 60 years in 2035, the notion of accompaniment of the elderly dependence is a societal challenge with the imperative of risks prevention at home. It is in this context, with the arrival of the technologies of integration and the IoT that we undertook to conceive and realize a miniature electronic patch capable of geolocalization to trigger alarms in the case of fugue, fall or wandering. A challenge is the design of antennas on flexible substrates as key elements of the functions of geolocalization and charging by induction. A modeling work allowed the optimization of printed antennas presenting a good compromise integration / performance. A technological process in the cleanroom was developed to carry out bilayers antennas on flexible substrate (polyimide). Several prototypes of complete patch were tested and validated in the EHPAD center.

Company A develops algorithms and hardware for the application of magnet tracking, to be able to use a dipole magnet as an interaction tool between humans and computers. This master thesis investigates the available magnetic sensors through a market survey and practical testing of a selection of the sensors in purpose to determine the most suitable magnetic sensor and magnetic sensor technology for the application of magnet tracking. With the most suitable sensor found in the investigation, a sensor platform is designed and manufactured. The sensor HMC5983 from Honeywell is found to be the most suitable sensor and is designed into the sensor platform, which also includes ,for instance, a wireless MCU, CC2640 from Texas Instru- ments, together with a PCB antenna and a PSU including a battery charger, BQ24075 from Texas Instruments. The most suitable mag- netic sensor technology was found to be magnetoresistive sensors. The sensor platform was designed according to the requirements and is working good enough to enable company A to start testing their algorithms for magnet tracking on the new platform.

Depuis une bonne dizaine d'année, l'aéronautique a entamé sa mutation vers le "plus électrique".L'objectif étant de réduire la consommation de carburant, une des contraintes majeures de ces nouvelles solutions est de réduire la masse embarquée. Les filtres dimensionnés pour les convertisseurs statiques doivent donc être optimisés au mieux vis-à-vis de ce critère, ainsi que du volume. Il y a donc un fort besoin du côté des concepteurs d’avions de savoir quels choix parmi les différentes possibilités technologiques sont optimaux, et de connaître l'impact de ces choix sur le poids, le coût global et le volume de l'équipement. Le filtre CEM représente généralement environ 30% du coût et du volume d'un convertisseur électronique de puissance. Il va de soi que le volume et/ou la masse de ces filtres doit être optimisé. L'impact de la loi de commande du convertisseur, le choix des semi-conducteurs, du packaging, câbles (longueur et intégration dans l’avion), des machines électriques,...doivent être parfaitement connus pour atteindre un dimensionnement optimal.Dans cette perspective, les objectifs de ces travaux de thèse visent à fournir non seulement une démarche méthodologique pour la modélisation haute fréquence des variateurs de vitesse dédiés aux applications aéronautiques mais aussi une approche de dimensionnement par optimisation des filtres CEM. Pour cela, un outil logiciel évolutif d’aide à la génération rapide des modèles CEM est proposé. Une description modulaire et une mise en équation automatique du modèle fréquentiel complet ainsi que des gradients en facilitent l'utilisation en procédures d’optimisation sous contraintes. L’approche présentée dans ces travaux est relativement générique : la topologie du filtre, de la structure du convertisseur, du câblage et la loi de commande peuvent être facilement recalculées, grâce à cet environnement logiciel. / The More Electrical Aircraft concept is very promising regarding energy saves, but generates new problems, and especially the emergence of new power electronics loads on the electrical network. Keeping the same level of safety in the aircraft means developing these switching mode converters in accordance with the aircraft standards, as the DO160. This is not obvious since weights of equipments are especially constrained: indeed, the objective of weight and energy save needs to be balanced with the additional weight and volume of the required EMI filters. There is thus a strong need in helping the aircraft designers to choose among the various technological possibilities, and to know the impact of these choices on the global weight, cost and volume of the embedded equipments. The EMI filter usually represents roughly 30% of the cost and volume of a power electronics converter, and it is very important to optimize it. The impact of the converter control law, semiconductors choice, interconnects realization, harness selection and placement, electrical motors characteristics… should be perfectly known in order to reach a good system design. In this perspective, the objectives of this thesis are to provide not only an approach for modelling high frequency variable speed drives dedicated to aerospace applications but also a methodology to optimize the required EMI filters. For this purpose, new architecture software dedicated to the rapid generation of EMC models is proposed. A modular description and a complete automatic model generation facilitate the use by the designer in optimization procedures thanks to automatic gradient computation.The methodology presented in this work is not specifically developed for a given application. It is a very generic approach: the topology of the filter, the structure of the inverters, interconnects and the control law can be easily recalculated, using this software environment. Consequently, the impact of all these elements on the electromagnetic disturbances can be characterized, and the EMI filter optimized.

The brushed DC motor is a source of electromagnetic emission that may cause interference. The main issues with brushed DC motor are arcing, which occurs between the brushes and commutator, and inrush current. It is possible to decrease the electromagnetic emissions by addressing the source (brushed dc motor) and the installation. The source may be addressed by using filters in the form of X2Y-capacitors on the terminals or ferrites on the cables. The installation does not produce any emission, but it is possible to lower its contribution. This is done by altering the installation like changing the placement of cables and provide good coupling. An effective way of decreasing inrush currents is by using negative-thermal-coefficient (NTC) thermistors. Another measure to improve the EMC properties of the brushed DC motor is to design the motor so that it can trap EM emissions. Some of these parameters are motor house material, end-cap material, vent holes or slots on motor housing, placement of power terminals, crimping tabs and motor enclosure.

Electric and magnetic fields in the vicinity of strong sources of radiation (e.g. radar and broadcasting) can exceed the limits mentioned in the national standards for the exposition of persons. Field probes are needed to warn personnel if they are going too close to the RF-sources. For acceptance reasons the field probes should be universal in such a way that no user adjustment of frequency is required. The limits for power density, electric and magnetic field strength depend on the frequency. In contrast, field probes covering a large frequency range, e.g. 1 MHz to 18 GHz or even larger, normally have a flat frequency response. Therefore, the person using the field probe has to know the frequency of the electromagnetic field and to evaluate fieldstrength with respect to the frequency dependent limit value defined by law. Human mistakes while making that evaluation can lead to expositions above the limit value. On the other hand, the evaluation of the power density in the presence of multiple strong sources of radiation at different frequencies with different limit values also leads to measurement problems. A new approach has been undertaken to overcome these difficulties in the development of a rectifying field probe. It consists in shaping the antenna factor of the probe inversely proportional to the limit value. The isotropic response of field probes can be achieved, if three dipole antennas are arranged perpendicular to each other. The presence of dielectric supporting material leads to degradation of the isotropic response of such a field probe. The effect will be investigated. For typical substrates the isotropic response is degraded by up to 3.8 dB. An compensation for this effect will be proposed that leads to a residual unisotropic response of less than 0.2 dB.

Rozptýlená výroba elektrické energie využívající obnovitelné zdroje, jako je sluneční energie, přispívá ke snížení emisí skleníkových plynů. Z hlediska provozu distribuční soustavy je také výhodné, aby energie byla primárně spotřebována v místě výroby. To je částečně možné přizpůsobením spotřeby, ale především využitím akumulačních systémů. V této práci je představen hybridní systém složený z fotovoltaické elektrárny, akumulátoru elektrické energie a akumulátoru tepelné energie. Výběr a parametry všech částí hybridního systému jsou popsány v práci. Akumulátor elektrické energie je navržen a sestaven z LiNiMnCoO2 článků a řídícího systému zajišťujícího bezpečný provoz. Řídicí systém akumulátoru (BMS) zajistí odpojení baterie, pokud je překročen některý z provozních parametrů baterie. Návrh baterie i sestavy je popsán v práci. Akumulátor tepelné energie sestává z výkonového spínače a nádrže na teplou vodu s topnou patronou pro odporový ohřev vody. Na základě rešerše komerčně používaných zařízení pro regulaci příkonu byly definovány jejich nedostatky a na základě nich bylo navrženo optimální řešení. Řešení spočívá v použití komerčního polovodičového spínacího prvku. Pro tento výkonový spínací prvek byla vytvořena zpětnovazební řídící smyčka s regulátorem výkonu, který byl implementován v prostředí softwaru LabVIEW. V práci je také uveden postup návrhu chladiče spínacího prvku a LCL filtru, který je klíčový pro splnění požadavků elektromagnetické kompatibility. V druhé části práce je popsán návrh nadřazeného řídícího algoritmu, jehož úkolem je řídit výkonové toky v hybridním systému tak, aby byly splněny požadavky definované jak uživatelem, tak i okamžitým stavem akumulátorů. Algoritmus byl implementován v prostředí LabVIEW. Funkčnost celého systému byla ověřena měřením v laboratorních podmínkách. Z výsledků plyne, že nadřazený řídící algoritmus funguje správně. Řídící smyčka tepelného akumulátoru je stabilní a reguluje zátěž na požadovanou hodnotu. Přidanou hodnotou je kratší reakční doba na změnu toku výkonu oproti hybridnímu měniči a díky tomu dochází k minimalizaci přetoků elektrické energie do distribuční sítě. Na práci je možné navázat rozšířením stávajícího algoritmu o možnost řízení/ovládání více typů akumulačních jednotek a generátorů nebo implementováním odlišných strategií řízení.

This thesis describes the possibilities of local and remote sensors configuration. Summary overview of the most common Fieldbus and protocols for remote configuration is performed. The focus is mainly dedicated to the HART protocol that is analyzed from the physical layer to the application layer. Circuit diagram and printed circuit board (PCB) of smart sensor with thermistor probe Pt1000 was designed. The HART protocol allows the smart sensor parameters setting as well. The functionality of remote configuration was tested in HARTWinConf program. The control elements for local sensor configuration, such as buttons, matrix keyboards and touchscreens, are described in the following chapter. Representation of the measurement values on display module is introduced too. The most important parameters and aspect of character LCD, graphics LCD and OLED displays are described in greater details. The DD12864YO-3A OLED display was selected to use with designed temperature smart sensor module. The display shows the loop current, the percentage of current range and the primary value - temperature. As the last step the EMI and EMS tests for all modules were performed.

This thesis investigates into possibilities of a design of a workplace for device endurance experiments against strong high-frequency electromagnetic field. It deals with testing methods, describes advantages and disadvantages of such methods. It investigates possibiities of testing devices, possible magnitudes of fieldstrenght. One can find in the thesis a review of a way of testing using a high-intensity electromagnetic field. A concept of a construction of a stripline including a practical example is a part of the thesis.

Master's thesis is focused on designing optical converter for EMC measurement transfering signal through noisy enviroment. First part contains analysis of electromagnetic interference and its coupling and measurement, especially types of probes for interference maesurement. Next part passing through designing of optoelectric and electrooptic converter with digital intensity modulation. Last part is about realization of optical converter.

Les systèmes électroniques sont au cœur de notre vie quotidienne, ils sont intégrés dans la plupart des objets que nous utilisons chaque jour, et dans des secteurs clés comme l’aéronautique, l’automobile, le spatial, l’électronique grand public... Les techniques d’alimentation classiques (pile ou batterie) restent difficiles à envisager dans certaines applications car, elles sont limitées en autonomie, elles nécessitent des remplacements périodiques et leur recyclage est coûteux. Afin de détourner ces contraintes, le concept de la transmission d’énergie sans fil se présente comme une alternative aux systèmes d’alimentation classiques. La récupération d'énergie électromagnétique a beaucoup attiré l'attention puisque la puissance RF est largement diffusée à partir de nombreuses ressources électromagnétiques fiables. De plus, les circuits électroniques et notamment microondes deviennent de plus en plus rapides à cause des fréquences de travail de plus en plus élevées. L’analyse fréquentielle seule ne peut répondre à un certain nombre d’interrogations dans ces circuits. Une analyse purement temporelle devient nécessaire pour résoudre et répondre à toutes les problématiques. Parmi les problèmes posés dans les circuits microondes, on s’intéresse à deux approches totalement complémentaires:• L’Intégrité du Signal qui représente le dysfonctionnement des circuits du à la distorsion des signaux. • La Compatibilité ElectroMagnétique qui est le résultat de l’encombrement des composants électroniques dans les circuits. La première approche se base sur les modèles de composants et peut prédire parfaitement la qualité des signaux pendant le placement et le routage des cartes électroniques. En revanche, il sera très difficile de mettre en évidence les causes du comportement anormal du circuit en question. La deuxième approche complémentaire de la première, et qui est l’analyse par la compatibilité électromagnétique permettra de couvrir les causes du problème tels que diaphonie (Cross Talk), rayonnement et susceptibilité des systèmes dans le but de corriger le circuit pour qu’il fonctionne correctement.La méthode de travail adoptée dans cette thèse consiste dans un premier temps à identifier les différents problèmes. Ensuite proposer des solutions via des codes de calcul existants (FDTD, FEM, MoM…) et qu’on pourra développer (2D) ou bien via des logiciels adaptés tels que Spice, Matlab, EMPro, ADS…..etc. / Electronic systems are integrated into most objects that we use every day, also in different key sectors such as, automotive, railway, spacial, defense and consumer electronics... Conventional feeding techniques remain difficult to envisage in certain applications because they are limited in their autonomy energy, and they require periodic replacements and their recycling is expensive. In this mind, the wireless power transfer is a very interesting solution, less expensive and aesthetic. This solution needs to pick up the RF power transmitted through the free space by a Rectenna and convert it to a DC voltage, to feed one or several wireless devices or to increase the operating life of batteries.The high operating frequencies makes the microwave circuits faster. Frequency analysis can’t answer a number of questions in these circuits. The introduction of the temporal analysis becomes necessary to solve and answer all the problems encountered. In fact, we are interested in two complementary approaches:• Signal integrity, which represents the malfunction of the circuits due to the distortion of the signals• ElectroMagnetic Compatibility, which is the result of the congestion of the electronic components in the circuits.• The first approach is based on component models and can perfectly predict signal quality during placement and routing of electronic boards. On the other hand, it will be difficult to highlight the causes of the abnormal behavior of the circuit. The second approach, is complementary of the first one, which is the analysis by the electromagnetic compatibility, who will allow to cover the causes of the problems such as cross talk, radiation and defined the susceptibility of this systems to work correctly.The working method adopted in this thesis consists in first identifying the various problems. Then propose solutions via existing calculation codes (FDTD, FEM, MoM ...) who can be developed or via the software such as Spice, Matlab, EMPro, ADS …Key words: Wireless power transfer, UWB systems, numerical methods, Rectenna systems, RF/DC converter, EMC analysis.