Conception d'un système antennaire multistandard reconfigurable intégrant des cellules photovoltaïques

Design of a reconfigurable multistandard antenna system integrating photovoltaic cells

• Auteur / Autrice : Ahmed Khazzar
• Direction : Robert Staraj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 24/01/2025
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Cirio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Staraj, Laurent Cirio, Ala Sharaiha, Tân-Phu Vuong, Philippe Le Thuc, Aliou Diallo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ala Sharaiha, Tân-Phu Vuong
• DOI : 10.70675/5f1081ebz66edz4447zbacbzf0da25a6b05e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Systèmes adaptatifs (technologie)

Mots clés libres

Antennes miniatures

Multi-antennes

Multi-standard

Miniature antenna

Multi-antenna

Multi-standard

Résumé

Cette thèse traite de la conception, de l'analyse et de l'optimisation des solutions antennaires miniatures intégrées au boîtier TRAX-BOX développés par la société TRAXENS, destiné à fonctionner sur des conteneurs déployés mondialement dans des conditions environnementales sévères et capables d'opérer dans plusieurs bandes de fréquence ISM et plusieurs standards de communications mobiles pour des applications IoT et mobiles. Ce dispositif offre aux clients un accès direct aux informations sur l'état des marchandises, notamment leur localisation, température, humidité, et éventuellement les chocs subis. Pour cela, le système doit présenter un fonctionnement multi bande et large bande, un diagramme de rayonnement omnidirectionnel, une bonne efficacité, un encombrement réduit permettant une intégration simple et efficace dans son boîtier. Le système antennaire comprend une antenne PIFA reconfigurable couvrant les bandes B71, B85, B12, B28, B13, B18, B19, B5, B20 et B8 (617 MHz - 960 MHz) ainsi qu'une antenne Patch multicouche large bande couvrant les bandes B66, B3, B4, B25, B2, et B1 (1710 MHz - 2200 MHz). Le boîtier TRAX-BOX intègre également une antenne GNSS, une antenne BLE, une batterie et des composants électroniques. Les deux antennes sont fabriquées sur un même PCB de 210x60 mm pour faciliter leur intégration dans le boîtier. L'antenne PIFA, est dotée de quatre états de fonctionnement grâce à des diodes PIN et des languettes métalliques, tandis que l'antenne Patch adopte une approche innovante exploitant les cellules photovoltaïques comme éléments rayonnants. Un prototype a été réalisé. Les mesures montrent que l'antenne PIFA, présente pour certains de ses quatre états, un décalage vers les hautes fréquences de son adaptation, tandis que l'antenne patch couvre efficacement la bande souhaitée.

This thesis examines the design, analysis, and optimization of integrated miniature antenna solutions within the TRAX-BOX enclosure, a product developed by the company TRAXENS. This device is designed to function globally on shipping containers, enduring harsh environmental conditions, and supporting operation across multiple ISM frequency bands and mobile communication standards for IoT and mobile applications. It provides clients with continuous access to essential cargo data, such as location, temperature, humidity, and even impact history. To meet these demands, the antenna system must support multiband and broadband operation, offer an omnidirectional radiation pattern, maintain high efficiency, and feature a compact design for efficient integration into the enclosure. The system incorporates a reconfigurable PIFA antenna covering frequency bands B71, B85, B12, B28, B13, B18, B19, B5, B20, and B8 (617 MHz - 960 MHz), and a multilayer wideband patch antenna covering bands B66, B3, B4, B25, B2, and B1 (1710 MHz - 2200 MHz). Additionally, the TRAX-BOX includes a GNSS antenna, a BLE antenna, a battery, and essential electronic components. Both antennas are implemented on a shared 210x60 mm PCB, simplifying integration into the enclosure. The PIFA antenna offers four operating states enabled by PIN diodes and metallic tabs, while the patch antenna employs an innovative approach by using photovoltaic cells as radiating elements. A prototype of the system was developed, and measurements demonstrated its performance. For the PIFA antenna, some of its four operating states showed a frequency shift toward higher ranges, while the patch antenna effectively covered its intended frequency bands. This study underscores the potential of innovative antenna design in meeting the demanding requirements of modern IoT and mobile communication systems deployed in rugged environments.