Dosimétrie en bande millimétrique : prise en compte couplage antenne corps

Millimeter-wave dosimetry accounting for antenna/body coupling

• Auteur / Autrice : Massinissa Ziane
• Direction : Maxim Zhadobov, Ronan Sauleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 29/11/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Vikass Monebhurrun
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vikass Monebhurrun, Liliana-Délia Arnaud-Cormos‎

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil

Ondes millimétriques

Dosimétrie

Mots clés libres

Dosimétrie

Densité de puissance absorbée

Thermographie infrarouge

Ondes millimétriques

Dosimetry

Absorbed power density

Infrared thermography

Millimeter waves

Résumé

Le besoin croissant d’un haut débit de communications mobiles a conduit au développement des réseaux mobiles cellulaires hétérogènes 5G censés exploiter les ondes millimétriques. Les appareils sans fil, tels que les smartphones, sont destinés à être utilisés à proximité du corps humain et doivent respecter les limites d'exposition. Dans la gamme 6-300 GHz, la densité de puissance absorbée (DPA) est utilisée comme grandeur dosimétrique principale. Lorsqu'une antenne est située à proximité de la peau humaine, des interactions en champ proche se produisent et modifient le champ incident le corps humain par rapport au rayonnement en espace libre. L'impact des interactions antenne/corps sur l'DPA à 60 GHz a été analysé par des formulations analytiques, simulations numériques et mesures expérimentales. Les résultats ont montré que ces interactions entraînent une augmentation de la DPA (augmentation jusqu'à 103 %). Deux nouvelles techniques d'évaluation expérimentale de la DPA tenant compte du couplage antenne/corps ont été introduites. Une 1ére méthode basé sur la mesure du champ électrique transmis à travers le modèle de peau pour calculer la DPA. La 2éme exploite l’élévation de température induite par l’absorption du champ électromagnétique pour retrouver la DPA.

The increasing need in high data rate mobile communications has led to fast development of heterogeneous fifth-generation (5G) cellular mobile networks expected to exploit the lower part of the millimeter-wave (mmW) band. Wireless devices, such as smartphones, tablets, and laptops, are intended to be used in the vicinity of the human body, and they should comply with the exposure limits. In the 6-300 GHz range, the absorbed power density (APD) is used as the main dosimetric quantity. When an antenna is placed in vicinity of human skin, near-field interactions occur modifying the field impinging the human body compared to the free-space radiation. The impact of antenna/human body interactions in the near-field on APD at 60 GHz were analyzed using theoretical analysis, numerical simulations, and experimental measurements. Results showed that the presence of the body in vicinity of a source results in an increase of the APD (enhancement up to 103 %). Two different novel techniques of experimental APD assessment accounting for antenna/body coupling were introduced. An electromagnetic based method which employs the transmitted electric field through the skin model to calculate the APD. A temperature-mediated approach measurement which allows to retrieve APD from the induced heat kinetics in the skin model.