RCs (Reverberation Chambers) has historically been used mainly for aerospace and military purposes in EMC (Electromagnetic Compatibility) testing, but the interest also seems to increase in the automotive industry (the development of an international standard for vehicles is in progress). The vehicles of the future will most likely be electrified, wirelessly connected and autonomous, i.e., more control units, more communication systems, and more sensors, will be implemented in the vehicles requiring increased robustness against all possible electromagnetic interferences. EMC testing in an RC is a step in the direction of ensuring this robustness for the future vehicle platforms. Compared to a traditional EMC test method in a fully or semi-AC (Anechoic Chamber), testing in an RC has the advantage that the electromagnetic field will be isotropic, randomly polarized and homogeneous in a statistical sense, i.e., the exposed object will be surrounded by electromagnetic energy from all directions. It can be considered relatively expensive to build a brand new RC with motorized stirrers and associated measurement instrumentation, instead it would be desirable to perform immunity tests in a more cost-effective conductive fabric tent. The great advantage is the flexibility, the tent can be set up almost anywhere, even in already existing semi-ACs, such set-up is referred to as VIRC (Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber). This thesis aims to develop a new test method in a VIRC environment. In order to achieve good RC conditions, the electromagnetic field must be statistically Rayleigh distributed. Furthermore, it is of great importance to avoid LoS (Line of Sight) between the antenna and the test object, and to achieve good stirring in the tent. Provided this can be achieved, there are still some challenges by testing in a tent. For example, the classical dwell time of two seconds for immunity testing in EMC is not possible to achieve in a VIRC environment. The validation in this thesis shows that the dwell time or the total exposure time in the tent might be enough to trigger possible malfunctions in today's modern high-speed communication vehicles. Furthermore, it is showed, testing in a VIRC gives good field uniformity and repeatability, and can trigger malfunctions that are not triggered in traditional EMC testing in semi-AC, i.e., ALSE (Absorber-Lined Shielded Enclosure) testing.

Un objectif important des études de la compatibilité électromagnétique (CEM) est de rendre les produits conformes aux exigences CEM des clients ou les normes. Cependant, toutes les vérifications de la conformité CEM sont appliquées avant la livraison des produits finis. Donc nous pourrions avoir de nouvelles questions sur les performances CEM des systèmes électroniques au cours de leur vie. Les comportements CEM de ces produits seront-ils toujours conformes dans plusieurs années ? Un produit peut-il garder les mêmes performances CEM pendant toute sa durée de vie ? Si non, combien de temps la conformité CEM peut-elle être maintenue ?L'étude à long terme de l'évolution des niveaux CEM, appelée "robustesse électromagnétique», est apparue ces dernières années. Les travaux précédents ont montré que la dégradation causée par le vieillissement pourrait induire des défaillances de système électronique, y compris une évolution de la compatibilité électromagnétique. Dans cette étude, l'évolution à long terme des niveaux CEM de deux groupes de composants électroniques a été étudiée. Le premier type de composant électronique est le circuit intégré. Les courants de hautes fréquences et les tensions induites au cours des activités de commutation de circuits intégrés sont responsables des émissions électromagnétiques non intentionnelles. En outre, les circuits intégrés sont aussi très souvent les victimes d'interférences électromagnétiques. Un autre groupe de composants est formé par les composants passifs. Dans un système électronique, les circuits intégrés fonctionnent souvent avec les composants passifs sur un même circuit imprimé. Les fonctions des composants passifs dans un système électronique, telles que le filtrage et le découplage, ont également une influence importante sur les niveaux de CEM.Afin d'analyser l'évolution à long terme des niveaux CEM des composants électroniques, les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de proposer des méthodes générales pour prédire l'évolution dans les temps des niveaux de compatibilité électromagnétique des composants électroniques. / One important objective of the electromagnetic compatibility (EMC) studies is to make the products compliant with the EMC requirement of the customers or the standards. However, all the EMC compliance verifications are applied before the delivery of final products. So we might have some new questions about the EMC performance during their lifetime. Will the product still be EMC compliant in several years? Can a product keep the same EMC performance during its whole lifetime? If not, how long the EMC compliance can be maintained? The study of the long-term EMC level, which is called “electromagnetic robustness”, appeared in the recent years. Past works showed that the degradation caused by aging could induce failures of electronic system, including a harmful evolution of electromagnetic compatibility. In this study, the long-term evolution of the EMC levels of two electronic component groups has been studied. The first electronic component type is the integrated circuit. The high-frequency currents and voltages during the switching activities of ICs are responsible for unintentional emissions or coupling. Besides, ICs are also very often the victim of electromagnetic interference. Another group of components is the passive component. In an electronic system, the IC components usually work together with the passive components at PCB level. The functions of passive components in an electronic system, such as filtering and decoupling, also have an important influence on the EMC levels.In order to analyze the long-term evolution of the EMC level of the electronic components, the study in this thesis tends to propose general predictive methods for the electromagnetic compatibility levels of electronic components which evolve with time.

The purpose of this thesis is to present solutions to overcome several key difficulties that limit the application of numerical modelling in communication cable design and analysis. In particular, specific limiting factors are that simulations are time consuming, and the process of comparison requires skill and is poorly defined and understood. When much of the process of design consists of optimisation of performance within a well defined domain, the use of artificial intelligence techniques may reduce or remove the need for human interaction in the design process. The automation of human processes allows round-the-clock operation at a faster throughput. Achieving a speedup would permit greater exploration of the possible designs, improving understanding of the domain. This thesis presents work that relates to three facets of the efficiency of numerical modelling: minimizing simulation execution time, controlling optimization processes and quantifying comparisons of results. These topics are of interest because simulation times for most problems of interest run into tens of hours. The design process for most systems being modelled may be considered an optimisation process in so far as the design is improved based upon a comparison of the test results with a specification. Development of software to automate this process permits the improvements to continue outside working hours, and produces decisions unaffected by the psychological state of a human operator. Improved performance of simulation tools would facilitate exploration of more variations on a design, which would improve understanding of the problem domain, promoting a virtuous circle of design. The minimization of execution time was achieved through the development of a Parallel TLM Solver which did not use specialized hardware or a dedicated network. Its design was novel because it was intended to operate on a network of heterogeneous machines in a manner which was fault tolerant, and included a means to reduce vulnerability of simulated data without encryption. Optimisation processes were controlled by genetic algorithms and particle swarm optimisation which were novel applications in communication cable design. The work extended the range of cable parameters, reducing conductor diameters for twisted pair cables, and reducing optical coverage of screens for a given shielding effectiveness. Work on the comparison of results introduced ―Colour maps‖ as a way of displaying three scalar variables over a two-dimensional surface, and comparisons were quantified by extending 1D Feature Selective Validation (FSV) to two dimensions, using an ellipse shaped filter, in such a way that it could be extended to higher dimensions. In so doing, some problems with FSV were detected, and suggestions for overcoming these presented: such as the special case of zero valued DC signals. A re-description of Feature Selective Validation, using Jacobians and tensors is proposed, in order to facilitate its implementation in higher dimensional spaces.

Le système électrique ferroviaire est composé d'un ensemble de conducteurs métalliques de différentes natures et ayant, pour la plupart d'entre eux, la particularité d'avoir une longueur très importante par rapport aux dimensions transversales. Cet ensemble de conducteurs est inséré dans un environnement complexe composé de plusieurs autres éléments, tel que le réseau de transport d'énergie à haute tension, le réseau de gaz, le réseau des télécommunications, ainsi que des habitations, des passagers, des rivières, des fermes, etc. Pour assurer sa bonne compatibilité électromagnétique avec l'environnement, il est important de limiter les niveaux d'émissions électromagnétiques provenant du système ferroviaire qui pourraient perturber les éléments extérieurs ou mettre en danger des personnes. En même temps, il est important que le système ferroviaire soit suffisamment immunisé contre des éventuelles perturbations externes, de façon à assurer le bon fonctionnement des installations ferroviaires et la sécurité des passagers et du personnel. Parmi les types de perturbations électromagnétiques existant, les Élévations de Potentiel de Sol (EPS) méritent une attention particulière. Le sol naturel est un milieu conducteur de très grande taille. Il est souvent utilisé pour drainer des excès de charges électriques d'un système quelconque, ainsi comme un milieu d'échange de courant électrique entre des systèmes qui sont à des potentiels électriques différents.Des protections sont alors systématiquement installées de sorte à limiter l'impact des EPS sur les éléments voisins. Ces protections ont souvent un coût d'installation et de maintenance très élevé pour le système ferroviaire; elles doivent être optimisées au cas par cas, de façon à garantir la sécurité des personnes et le bon fonctionnement des équipements, et en même temps rester financièrement accessibles. La majorité des méthodes existantes aujourd'hui pour le calcul des EPS ne permet pas la prise en compte de tous ces facteurs. Elles se limitent à intégrer le sol de façon passive, et en général en le modélisant de nature homogène ou quasi-homogène.Dans cette optique, nous proposons une nouvelle méthode pour le calcul des EPS, plus complète et par conséquent plus précise que celles existantes aujourd'hui. Cette méthode permet d'intégrer dans la modélisation la présence d'un sol hétérogène multicouche, construit à partir de mesures réalisées sur le terrain et spécifiques à chaque contexte de sol. La présence de conducteurs enterrés dans la région de l'EPS est tenue en compte dans un modèle multiconducteur qui permet intégrer en même temps tous les conducteurs de la zone. La méthode développée est particulièrement dédiée au calcul des EPS en contexte ferroviaire. Cette approche s'appuie sur une méthode hybride qui prend en compte les phénomènes d'induction et de conduction dans un système multiconducteurs et qui intègre la présence d'un sol multicouche. Ce type d'approche s'est déjà avéré pertinent dans le cadre de l'étude des interactions entre des perturbations électromagnétiques générées par une ligne à haute tension et des canalisations enterrées. Notre méthode est dans un premier temps validée dans des configurations académiques puis mise en œuvre dans l'étude de sites ferroviaires où des comparaisons avec des mesures sont présentées. / The railway electrical system is composed of multiple metallic conductors of different kinds and having, for most of them, the particularity of being very long in comparison with its perpendicular dimensions. This set of conductors is integrated in a complex environment composed of many other elements, such as power transmission lines, pipelines, telecommunication lines, but also houses, people, rivers, farms, etc. To assure its electromagnetic compatibility with its environment, it is important to restrict the level of hazardous electromagnetic emissions coming from railway system that could disturb neighboring systems or risk people’s safety. At the same time, it is important that railway system is immunized against electromagnetic emissions coming from its neighbor, in order to assure the correct functioning of railway installations and the safety of passengers and staff. Among the different kinds of electromagnetic perturbations, the Ground Potential Rising (GPR) deserves a special treatment. The natural ground is a conductor environment of great size. It is often used to drain excessive electric charges from systems, and also as an environment allowing electrical charges exchange between systems in different electrical potential.Protections are then systematically deployed in order to limit the impact of GPR on neighboring elements. In the case of railway system, these protections have a very high cost of installation and maintenance. They must be optimized on a case to case basis, in order to assure security of people and equipments but also to be affordable.The majority of methods to calculate GPR don’t allow the integration of the complex electric environment of the ground. Most of them integrate the ground in a passive way, most of the time being a homogeneous ground.In this regard, we propose a new method of GPR calculation, more complete so more precise than what is used today. This method allows the integration into the model of a heterogeneous multilayer ground, built after measurements that have to be done on a case to case basis. The presence of buried conductors in the area of the GPR is also taken into account in a multiconductor model, which integrates at the same time all the conductors inside the zone.The method that we developed gets its full meaning when applied to GPR in railway context, thanks to the presence of many buried cables in the same environment. This approach is based on a hybrid method that takes into account induction and conduction phenomena in a multiconductor system and integrating a multilayer ground. This kind of approach has already been used in the calculation of electromagnetic induction between a power line and a pipeline. We first validated our method by calculating GPR in simple configurations. We then applied our calculations in order to calculate GPR in a railway context, which was then compared with measurements.

Ce manuscrit se focalise sur l’effet de divers matériaux composites sur les différentes problématiques de compatibilité électromagnétique dans un véhicule automobile. Les modèles surfaciques des matériaux diélectriques sont validés en confrontant des résultats de mesures et de simulation de leurs permittivités. Ceux des matériaux conducteurs le sont en confrontant le modèle d’impédance de surface à un modèle filaire et en effectuant des mesures des simulations de paramètres S sur une structure majoritairement constituée par un matériau de ce type. Dans les deux cas, la technique de modélisation donne de bons résultats. L’évaluation de l’effet de ces matériaux sur les problématiques de CEM au niveau d’un véhicule est faite sur un démonstrateur qui intègre les équipements et les faisceaux embarqués dans un véhicule en les représentants par des monopôles et des fils conducteurs. L’évaluation des effets des différents matériaux composites sur les problématiques CEM est faite par mesure et simulation des couplages électromagnétiques à l’intérieur du démonstrateur et entre le démonstrateur et une antenne test. L’analyse des couplages électromagnétiques confirme que le modèle d’impédance de surface reproduit assez bien les comportements des matériaux composites étudiés. Concernant l’effet des matériaux composites sur les problématiques CEM au niveau d’un véhicule, cette étude mène à deux résultats majeurs du point de vue de la compatibilité électromagnétique. Le premier concerne l’usage des matériaux diélectriques qui augmente globalement la plupart des couplages mesurés de 5 dB à 30 dB. Le second porte sur le matériau conducteur étudié qui n’a quasiment aucun effet sur les différents couplages analysés en comparaison de la structure en acier. / The main concern of this thesis is the characterization of the impacts of some composite materials on the main electromagnetic compatibility issues in a vehicle. The surface models of the dielectric materials are validated by confronting their simulated and measured permittivity. The surface model of the studied conductive material is validated by confronting it to a wire model and by measuring and simulating the S parameters on a structure constituted by such a material. It appears in both cases of dielectric and conductive composite materials that the surface impedance modeling technique gives a good description of the materials. The analysis of the effects of these materials on the EMC issues within a vehicle is done by use of a demonstrator representing the car body. The different equipment and harnesses embedded in a vehicle are represented in the demonstrator by some wires and monopoles. The evaluation of the impact of the composite materials on the EMC issues is done by measuring and simulating the different couplings within the demonstrator and between the demonstrator and a test antenna. The analysis of the different couplings confirms that the surface impedance material modeling approach describes well the materials under test. Concerning the impact of the composite materials on the EMC issues at a vehicle level, this analysis fulfills two main results. The first one concerns the dielectric materials. Indeed the use of these materials increases the different coupling by a value varying between at least 5 dB to 30 dB. The second conclusion concerns the use of conductive composite materials. It appears that they have no effect on the different couplings in comparison to the full steel structure.

Avui dia cada vegada s'ha de tenir més en compte com es realitza el traçat de pistes en les plaques de circuit imprès (PCB). Això és degut a que cada vegada més hi viatgen senyals amb components freqüencials més elevades. Per tant, paràmetres com la desadaptació per impedància característica, acoblaments, ressonàncies i comportaments complexes de les transicions que es troben els senyals en la seva propagació per les pistes, han de ser considerats per evitar problemes d'integritat del senyal i garantir la compatibilitat electromagnètica (EMC) amb el seu entorn. El present treball de tesi s'ha centrat en l'estudi del comportament d'una situació particular, però molt habitual, de pistes: dues pistes sobre un pla de massa, formant el que es coneix com una línia de transmissió microstrip acoblada. Els senyals que viatgen a través d'una línia microstrip acoblada es poden descompondre en dos modes bàsics de propagació: mode comú (on la tensió està definida entre el pla de massa i cada pista) i el mode diferencial (on la tensió està definida entre les pistes). Aquesta descomposició és molt habitual en el món de la compatibilitat electromagnètica ja que les tècniques de filtratge de les interferències varien depenent si aquestes viatgen en mode comú o en mode diferencial. El treball desenvolupat s'ha focalitzat en l'estudi, des d'aquest punt de vista multimodal (que té en compte simultàniament tant el mode comú com el diferencial), de les diferents transicions que es pot trobar el senyal en la seva propagació degut al traçat de pistes. Com a resultat d'aquest estudi s'han obtingut uns models circuitals que permeten l'anàlisi i simulació dels diferents modes que intervenen i que han estat validats de forma experimental. Aquest fet ha permès l'ús d'aquests models en l'anàlisi de problemes d'integritat del senyal que són comuns en el entorn de la compatibilitat electromagnètica (EMC). Els resultats obtinguts han estat presentats en congressos nacionals i internacionals. / Hoy en día cada vez se debe tener más en cuenta como se realiza el trazado de pistas en las placas de circuito impreso (PCB). Esto es así debido a que cada vez más viajan por ellas señales con componentes frecuenciales más elevadas. Por lo tanto, parámetros como la desadaptación por impedancia característica, acoplamientos, resonancias y comportamientos complejos de las transiciones que se encuentran las señales mientras se propagan por las pistas, deben ser tenidos en consideración para evitar problemas de integridad de la señal y garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) con su entorno. En el presente trabajo de tesis se ha centrado en el estudio del comportamiento de una situación particular, pero habitual, de pistas: dos pistas sobre un plano de masa, formando lo que se conoce como línea de transmisión microstrip acoplada. Las señales que viajan a través de una línea microstrip acoplada se pueden descomponer en dos modos básicos de propagación: modo común (donde la tensión está definida entre el plano de masa y cada pista) y modo diferencial (donde la tensión está definida entre pistas). Esta descomposición es muy habitual en el mundo de la compatibilidad electromagnética ya que las técnicas de filtrado de las interferencias varían dependiendo si estas viajan en modo común o en modo diferencial. El trabajo desarrollado se ha focalizado en el estudio, desde este punto de vista multimodal (que tiene en cuenta simultáneamente tanto el modo común como el diferencial), de las diferentes transiciones que puede encontrarse la señal durante su propagación debido al trazado de pistas. Como resultado se han obtenido unos modelos circuitales que permiten el análisis y simulación de los diferentes modos que intervienen y que han sido validados de forma experimental. Este hecho ha permitido el uso de dichos modelos en el análisis de problemas de integridad de la señal que son comunes en el entorno de la compatibilidad electromagnética (EMC). Los resultados obtenidos han sido mostrados en congresos nacionales e internacionales. / Nowadays, the placement of the strips in a printed circuit board (PCB) has to be performed with increasing care, because of the rise of the spectral content of the signals propagating through the strips. Due to this fact, mismatches of the characteristic impedances, crosstalks, resonances and complex behavior of the transitions that the signals may encounter in their propagation have to be considered in order to avoid signal integrity problems and to guarantee the electromagnetic compatibility with their environment. This work is focused on the study of the behavior of a particular, but also a very common way of routing strips: two close strips above a ground plane, forming a extit{coupled microstrip transmission line}. The signals present at this transmission line can be decomposed into two basic signals known as common mode (where its voltage is defined between the ground plane and each strip) and differential mode (where its voltage is defined between the two strips). This decomposition is often found in electromagnetic compatibility because the different techniques of filtering interferences depend on their main mode of propagation. The study carried out in this thesis is focused on the analysis from a multimodal point of view of different transitions that signals encounter during their propagation in a coupled microstrip transmission line. As a result of this analysis, a number of circuit models for different transitions have been obtained and experimentally validated. These models have been used to successfully study signal integrity problems found in EMC and they have been presented in national and international symposiums.

The intentions of the so-called "More Electrical Aircraft" (MEA) are higher efficiency and lower weight. A main topic here is the application of electrical instead of hydraulical, pneumatical and mechanical systems. The necessary power electronic devices have intermediate DC-links, which are typically supplied by a three-phase system with active B6 and passive B12 rectifiers. A possible alternative is the B6 diode bridge in combination with an active power filter (APF). Due to the parallel arrangement, the APF offers a higher power density and is able to compensate for harmonics from several devices. The use of the diode bridge rectifier alone is not permitted due to the highly distorted phase current. The following investigations are dealing with the development of an active power filter for a three-phase supply with variable frequency from 360 to 800 Hz. All relevant components such as inductors, EMC-filters, power modules and DC-link capacitor are designed. A particular focus is put on the customized power module with SiC-MOSFETs and SiC-diodes, which is characterized electrically and thermally. The maximum supply frequency slope has a value of 50 Hz/ms, which requires a high dynamic and robustness on the control algorithm. Furthermore, the content of 5th and 7th harmonics must be reduced to less than 2 %, which demands a high accuracy. To cope with both requirements, a two-stage filter algorithm is developed and implemented in two independent signal processors. Simulations and laboratory experiments confirm the performance and robustness of the control algorithm. This work comprehensively presents the design of aerospace rectifiers. The results were published in conferences and patents. / Hauptziele des sogenannten "More Electrical Aircraft" (MEA) sind Effizienzerhöhung und Gewichtseinsparung. Ein Schwerpunkt hierbei ist die Nutzung von elektrischen statt hydraulischen, pneumatischen und mechanischen Systemen. Die notwendigen Leistungselektroniken haben DC-Zwischenkreise, welche mittels aktiven B6 und passiven B12 Gleichrichtern aus dem Dreiphasennetz gespeist werden. Eine mögliche Alternative ist die B6 Diodenbrücke in Kombination mit einem aktiven Netzfilter, welcher aufgrund der parallelen Anordnung eine höhere Leistungsdichte aufweist und darüber hinaus mehrere Geräte gleichzeitig entstören kann. Die alleinige Nutzung einer Diodenbrücke ist aufgrund des hohen Anteils von Stromharmonischen nicht zulässig. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines aktiven Filters für ein Dreiphasensystem mit variabler Frequenz von 360 bis 800 Hz. Es werden alle relevanten Bauteile wie Induktivitäten, EMV-Filter, Leistungsmodule und Zwischenkreiskondensator ausgelegt. Besonderes Augenmerk liegt auf dem kundenspezifischen Modul mit SiC-Dioden und SiCMOSFETs, welches vollständig elektrisch und thermisch charakterisiert wird. Die Änderung der Netzfrequenz beträgt bis zu 50 Hz/ms, was eine hohe Dynamik und Robustheit von der Filterregelung verlangt. Weiterhin ist im statischen Fall eine hohe Genauigkeit gefordert, da die 5. und 7. Harmonische auf unter 2% geregelt werden müssen. Um beiden Anforderungen gerecht zu werden, wird ein zweistufiger Regelungsalgorithmus entwickelt der auf zwei digitalen Signalprozessoren implementiert wird. Simulationen und Labormessungen bestätigen die Robustheit des Regelungskonzeptes. Diese Arbeit stellt umfassend die Entwicklung von Luftfahrtgleichrichtern dar. Die Ergebnisse wurden in Konferenzen und Patenten veröffentlicht.

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 travail présenté dans cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer les performances de différentes techniques de suppression de bruit impulsif de type asynchrone adaptées aux transmissions sur courants porteurs en lignes (CPL) indoor. En effet, outre les caractéristiques physiques spécifiques à ce type de canal de transmission, le bruit impulsif asynchrone reste la contrainte sévère qui pénalise les systèmes CPL en terme de QoS. Pour remédier aux dégradations dues aux bruits impulsifs asynchrones, les techniques dites de retransmission sont souvent très utilisées. Bien qu'elles soient efficaces, ces techniques de retransmission conduisent à une réduction de débit et à l’introduction de délais de traitement supplémentaires pouvant être critiques pour des applications temps réel. Par ailleurs, plusieurs solutions alternatives sont proposées dans la littérature pour minimiser l'impact du bruit impulsif sur les transmissions CPL. Cependant, le nombre de techniques, qui permettent d'obtenir un bon compromis entre capacité de correction et complexité d'implantation reste faible pour les systèmes CPL. Dans ce contexte, nous proposons dans un premier temps d'utiliser un filtre linéaire adaptatif : le filtre de Widrow, nommé aussi ADALINE (ADAptive LInear NEuron), que nous utilisons comme méthode de débruitage pour les systèmes CPL. Pour améliorer les performances du débruitage effectué à l'aide d'ADALINE, nous proposons d'utiliser un réseau de neurones (RN) non linéaire comme méthode de débruitage. Le réseau de neurones est un bon outil qui est une généralisation de la structure du filtre ADALINE. Dans un deuxième temps, pour améliorer les performances du débruitage par un réseau de neurones, nous proposons un procédé d'annulation du bruit impulsif constitué de deux algorithmes : EMD (Empirical Mode Decomposition) associé à un réseau de neurones de type perceptron multicouches. L'EMD effectue le prétraitement en décomposant le signal bruité en signaux moins complexes et donc plus facilement analysables. Après quoi le réseau de neurones effectue le débruitage. Enfin, nous proposons une méthode d'estimation du bruit impulsif utilisant la méthode GPOF (Generalized Pencil Of Function). L'efficacité des deux méthodes, EMD-RN et la technique utilisant l'algorithme GPOF, est évaluée en utilisant une chaîne de simulation de transmission numérique compatible avec le standard HPAV. / The aim of our thesis is to propose and to evaluate the performances of some asynchronous impulsive noise mitigation techniques for transmission over indoor power lines. Indeed, besides the particular physical properties that characterize this transmission channel type, asynchronous impulsive noise remains the difficult constraint to overcome on power lines communications (PLC). Usually, the impact of asynchronous impulsive disturbances over power lines is partly compensated by means of retransmission mechanisms. However, the main drawbacks of the use of retransmission solutions for impulsive noise mitigation are the bitrate loss and the induced time delays that may be prohibitive for real-time services. Although several other countering strategies are proposed in the literature, only very few of them have a good compromise between correction capability and implementing complexity for PLC systems. In this context, we proposed an adaptive linear filter, the Widrow filter, also known as ADALINE (Adaptive LInear neurons), as a denoising method for PLC systems. To improve the performance of the denoising method using ADALINE, we proposed to use a neural network (NN) as a nonlinear denoising method. The neural network is a good generalization of the ADALINE filter. In a second step, to improve the performances of denoising by NN, we proposed a combined denoising method based on EMD (Empirical Mode Decomposition) and MLPNN (Multi Layer Perceptron Neural Network). The noised signal is pre-processed by EMD which decomposes it into signals less complex and therefore more easily analyzed. Then the MLPNN denoises it. Finally, we proposed an asynchronous impulsive noise estimation method using the GPOF method (Generalized Pencil Of Function). The performances of the two methods, EMD-MLPNN and GPOF technique, are evaluated using a PLC transmission chain compatible with the HPAV standard.

Abstract The worldwide success of wireless communications was originally fueled by the possibility to replace existing cables with wireless solutions. This phenomenon imposed the development of security engineering as a multidisciplinary field. Although wireless solutions can reduce installation costs and allow introducing new services, the end–users expect it to have the same level of security as they would normally have with wired solutions. Secure communications is an important part of the overall security of industrial wireless communications systems (IWCS). The aim of this thesis is to develop new security engineering methodologies for IWCS. The author develops countermeasures against confidentiality and integrity attacks and carries out a security analysis covering the protocol, electromagnetic and physical layer. In the first part of the thesis, Host Identity Protocol (HIP) is utilized to secure communication in an intra–vehicular network. Simulations and measurement campaigns are also conducted to evaluate the impact of the overhead on security in a tunnel, considering line–of–sight (LOS) and non–LOS (NLOS) scenarios. Electromagnetic analysis (EMA) is an important step in the development of safety–related systems. Today, the increasing usage of smaller integrated circuit also increases the susceptibility to electromagnetic (EM) interference. From near–field (NF) to far–field (FF) transformation, a method for the evaluation of the emissions leakage is investigated. The virtual EM (VEM) interface of the device–under–test (DUT) is studied, and it is described how an adversary can exploit it for denial of service (DoS) attacks. An effective jamming attack model is studied, and the theoretical calculations are validated with experiment–based results. Finally, focusing attention on physical layer security, two algorithms are developed. Active radio frequency fingerprinting (RFF) implements the exchange of a public key during the setup of secure communication. Afterwards, utilizing a jamming receiver in conjunction with the spread spectrum (SS) watermarking technique, the watermark–based blind physical layer security (WBPLSec) protocol is presented. The analysis and results indicate how the WBPLSec seems to be a valuable technique for deploying physical layer security by creating a secure region around the receiver. / Tiivistelmä Langattoman tietoliikenteen maailmanlaajuista suosiota kiihdytti alun perin mahdollisuus korvata tietoliikennejärjestelmissä käytetyt kaapelit langattomilla ratkaisuilla. Ilmiö lisäsi myös tarvetta kehittää alan turvatekniikkaa monialaisen tutkimuksen pohjalta. Vaikka langattomat ratkaisut merkitsevät pienempiä asennuskustannuksia ja tarjoavat mahdollisuuksia luoda uudenlaisia palveluja, järjestelmien loppukäyttäjät edellyttävät kuitenkin niiden turvallisuuden olevan vastaavalla tasolla kuin langallisissa verkoissa. Myös teollisuuden langattomien tietoliikennejärjestelmen turvallisuus riippuu pitkälti viestintäkanavien turvallisuudesta. Väitöksen tavoitteena on kehittää uusia menetelmiä, joilla teollisuuden langattomat tietoliikennejärjestelmät voitaisiin turvata. Väitöksessä kehitetään toimenpiteitä tietoliikennejärjestelmien luottamuksellisuuteen ja koskemattomuuteen kohdistuvia hyökkäyksiä vastaan ja toteutetaan turvallisuusarviointi, joka kattaa järjestelmän protokollakerroksen sekä sähkömagneettisen ja fyysisen kerroksen. Väitöksen ensimmäisessä osassa hyödynnetään HIP–protokollaa (Host Identity Protocol) liikennevälineen sisäisen tietoliikennejärjestelmän turvallisuuden varmistamisessa. Lisäksi siinä kuvataan simulaatiot ja mittaushankkeet, joiden tavoitteena on arvioida käytetyn protokollan turvallisuusvaikutuksia esteettömän (line–of–sight, LOS) ja esteellisen (non–line–of–sight, NLOS) näköyhteyden tapauksissa. Sähkömagneettinen analyysi on tärkeä vaihe turvajärjestelmien kehitysprosessissa. Järjestelmissä käytetään yhä enemmän pieniä integroituja piirejä, mikä voi myös altistaa ne sähkömagneettisille (electromagnetic, EM) häiriöille. Väitöksessä tutkitaan lähikenttä–kaukokenttä -muunnokseen perustuvan arviointimenetelmän avulla sähkömagneettisen vuotosäteilyn tasoa. Lisäksi perehdytään testattavan laitteen (device under test, DUT) virtuaaliseen EM–liitäntään ja kuvataan, miten vastaavaa liitäntää voidaan hyödyntää palvelunestohyökkäyksissä. Väitöksessä tutkitaan myös tehokasta häirintämallia ja validoidaan teoreettisten laskelmien tulokset kokeellisesti. Lopuksi väitöksessä keskitytään tietoliikennejärjestelmän fyysisen kerroksen turvallisuuteen ja kehitetään kaksi algoritmia. Aktiivisen radiotaajuisen tunnistusmenetelmän avulla voidaan vaihtaa julkisia avaimia turvallista tietoliikenneyhteyttä muodostettaessa. Lisäksi esitellään vesileimausmenetelmään perustuva fyysisen kerroksen salausmenetelmä, WBPLSec. WBPLSec luo vastaanottimen ympärille suoja–alueen, minkä ansiosta se vaikuttaa analyysin ja tutkimustulosten perusteella olevan tehokas menetelmä toteuttaa fyysisen kerroksen suojaus.