Microwave transport in noisy environments- towards wireless communication on chip level
Transport micro-ondes dans un milieu complexe vers une communication sans fil à base des circuits intégrés
Résumé
Nowadays, modern wireless communication systems that are operating at high frequencies in the microwave band, are massively emerging. To avoid compact architectures of electronic systems, we explore wireless communication between printed circuits integrated into the electronic systems. Several problems encountered in these systems are related to the effect of the environment on wireless communication and the protection against adverse effects. This requires new electromagnetic simulation techniques to describe the field and the system response in these environments. Along with the microwave experiments, random matrix theory (RMT) enables to theoretically study wireless communication in complex environment.This manuscrit is diveded in three main topics:On the one hand, an illustration of the situation where all the ingredients are implemented namely, a Printed Circuit Board (PCB) with transmission lines inside a cavity. I present an experimental study, which highlights the effect of the partially reverberating environment on the crosstalk of two printed lines, as well as the currents on these lines. The latter should be taken into account to guarantee the proper functioning of the PCB.On the other hand, a chaotic reverberating chamber (CRC) was designed to statistically analyze the behavior of the transmission inside a complex environment. The international standard fix several statistical criteria with which the RC have to comply. Fulfilling all criteria guarantees that the field inside the cavity is isotropic and the field components follow a bivariate Gaussian distribution. In the electromagnetic community, this is the so-called Hill’s hypothesis. This hypothesis is typically realized when the resonance overlap is large. I have experimentally studied several statistic properties of the electromagnetic response in a CRC. The effects of the modal overlap on the reflection and the transmission distributions have been analyzed. In addition to this, we have compared the experimental distributions to numerical predictions based on Random Matrix Theory. I also verified the relation between the mean frequency spacing of the maxima and the average decay rate of the cavity predicted by Schroeder and Kuttruff for a high modal overlap in acoustic rooms.Finaly, we have developed a new method to estimate the number of uncorrelated samples (NIS) in a CRC. We have suggested a perspective for NIS estimation based on the characteristic scale of maxima dynamics as a function of the stirrer angle.
De nos jours, nous assistons à une forte évolution des systèmes modernes de la communication sans fil, exploitant des fréquences très élevées, dans la bande des fréquences micro-ondes. De ce fait, pour éviter des architectures compactes des systèmes électroniques composant ces systèmes modernes, apparaît la nécessité d'envisager la communication sans fil entre les circuits imprimés intégrés aux systèmes électroniques.Les principaux problèmes rencontrés dans ces systèmes concernent l'effet de l'environnement sur la communication sans fil et la protection contre les effets indésirables. Cela exige de nouvelles techniques de simulation et de modélisation du champ EM dans ces environnements complexes, pour une prédiction de leurs comportements.Avec les expériences effectuées dans le domaine des micro-ondes, ces techniques seront possibles en se basant sur la théorie des matrices aléatoires (TMA), bien adaptée dans ces situations de milieu complexe.Les travaux effectués au cours de cette thèse présentent :Dans un premier temps, l'illustration d'un exemple d'une telle situation où tous les ingrédients sont présents (circuit imprimé, lignes de transmissions et cavité). Nous avons présenté une étude expérimentale, qui met en évidence l'effet de l'environnement partiellement réverbérant sur la diaphonie entre les lignes imprimées, de sorte que leurs courants ne soient pas négligés et doivent être pris en compte, pour la conception appropriée de circuit imprimé, garantissant leur fonctionnement.Dans un second temps, dans le but d'étudier et d'analyser statistiquement le comportement de la transmission à l'intérieur d'un milieu complexe, nous avons réalisé une chambre réverbérante chaotique (CRC), qui satisfait aux critères statistiques fixés par la norme internationale. Le critère principal exige d'avoir une uniformité et isotropie statistique du champ à l'intérieur de la CRC et que les composantes du champ suivent une distribution gaussienne bivariée. Dans la communauté de la Compatibilité d'Électromagnétique (CEM), on parle de l'hypothèse de Hill, typiquement réalisée quand le recouvrement modal est grand. Nous avons étudié expérimentalement plusieurs statistiques de la réponse de la CRC et les effets du régime de fort recouvrement modal sur les distributions de la réflexion et la transmission, puis nous les avons comparées aux prédictions numériques prévues par la TMA.Nous avons également vérifié la relation de l'espacement moyen entre les maxima de transmission prédite par Schroeder et Kuttruff pour un régime fort recouvrement modal, dans les salles acoustiques.Dans un troisième temps, nous avons développé une nouvelle méthode pour l'estimation de nombre d'échantillons non corrélés (NIS) dans une CRC. Puis nous avons suggéré une perspective pour l'estimation de NIS, basée sur l'échelle caractéristique de la dynamique des maxima en fonction de l'angle de brasseur.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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