Maillage cartésien non-conforme pour la méthode TLM : application à la conception de rectennas compactes

par Thi Quynh Van Hoang

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Jean-Lou Dubard.

Soutenue en 2012

à Nice .


  • Résumé

    Les travaux présentés dans cette thèse sont divisés en deux parties. La première partie est consacrée au développement d’un code de calcul électromagnétique basé sur la méthode TLM (Transmission Line Matrix) pour la modélisation des géométries très hétérogènes, nécessitant la prise en compte de maillages non-conformes localement raffinés. Cet aspect multi-échelle consiste à résoudre un problème de couplage spatio-temporel. Le couplage spatial est mis en oeuvre en utilisant la technique des transformateurs introduite par Wlodarczyk. Notre effort s’est porté plus particulièrement sur le couplage temporel afin de pouvoir utiliser le pas temporel maximum dans chaque sous-maillage. Des techniques d’interpolation temporelle de type Taylor de second ordre et cubique Spline ainsi qu’une méthode de prédiction temporelle inspirée de la méthode de Prony-Pisarenko pour l’analyse spectrale ont été mises en oeuvre et évaluées. La deuxième partie est consacrée à la conception de rectennas. Ces structures non linéaires, à la géométrie complexe et hétérogène, intégrant des diodes Schottky, sont les éléments clés des systèmes de transmission ou de récupération d’énergie sans fil. Leur simulation globale (circuit-électromagnétique) dans le domaine temporel par la TLM constitue un avantage par rapport aux logiciels commerciaux qui nécessitent des ajustements de certains paramètres SPICE par des réalisations et caractérisations expérimentales à priori, compliquant ainsi le processus de conception. Cela a permis de prédire avec précision le rendement de conversion d’une rectenna globale et de développer puis caractériser expérimentalement deux rectennas compactes fonctionnant à 2. 45GHz.

  • Titre traduit

    Cartesian subgridding for TLM method : application to the design of compact rectennas


  • Résumé

    The work presented in this thesis is divided into two parts. The first part is devoted to the development of a computational electromagnetic code based on the TLM method (Transmission Line Matrix) to simulate structures with multi-scale aspects, requiring multigrids-subgrids locally refined. This leads to solve a simultaneous spatial and time domain coupling problem. As it was proved to be very effective for spatial domain coupling, the technique using transformers introduced by Wlodarczyk is implemented. Actual work is focussed on the time domain coupling to allow using the maximum time step in each sub grid. Interpolation techniques such as Taylor second order and cubic Spline and also a prediction technique inspired from the Prony-Pisarenko method for power spectral density estimation were implemented and evaluated. The second part is devoted to the design of rectennas. Such non linear and multi-scale structures, integrating Schottky diodes, are key elements of wireless power transmission or energy harvesting systems. It is demonstrated that modelling rectennas with a global circuit-electromagnetic simulation tool in time domain as with TLM provides a substantial advantage compared to commercial simulation softwares that requires various experimental adjustments, rendering complex the design process. It becomes then possible to accurately predict the conversion efficiency of an entire rectenna. The design and complete experimental characterization of two compact rectennas operating at 2. 45GHz are finally presented.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 138-146. Résumés en français et en anglais

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