Thème 1 : Miniaturisation et intégration d’antennes

  • Miniaturisation et systèmes télécom : antennes multibandes, ULB, …
  • Réseau d’antennes, Diversité, MIMO, Massive MIMO
  • Antenne sur boitier (casing)
  • Reconfigurabilité et adaptativité

sushi

Cette activité aborde les sous-thématiques suivantes :

1.1       Miniaturisation et systèmes télécom

Il s’agit de développer des éléments rayonnants et des méthodologies de conception contribuant à l’intégration et à la miniaturisation de systèmes antennes et circuits RF pouvant être utilisés dans différentes applications et notamment les systèmes de télécom afin d’en améliorer les performances générales. En effet, pour minimiser les pertes de transmission entre antennes et puce, pour respecter les contraintes de miniaturisation imposées par le design, l’antenne ne peut plus être prise sur étagère. Elle doit être développée en tenant compte de son environnement proche de travail : plan de masse, boitier, chipset et éviter la connectorisation. Le travail portera, essentiellement sur la miniaturisation des antennes et leur interfaçage avec le circuit intégré ainsi que sur la définition d’une méthodologie de co-simulation et de co-design antenne/puce/boîtier/circuit imprimé de support. Elle abordera aspects suivants:

  • Antennes multistandards
  • Antennes ULB (Ultra Large Bande) dans la gamme de 100 MHz à 10 GHz
  • Antennes pour capteurs
  • Intégration d’antennes sur puce (AOC: Antennas on Chip) et dans les boitiers (AIP: Antennas In Package).

1.2       Réseaux, systèmes multi-antennes, diversité, MIMO

Les techniques multi-antennes (diversité, MIMO, etc.) permettent dès aujourd’hui d’accroitre les débits des communications WIFI et 4G. Les standards se limitent pour l’instant à des matrices de 8×8 antennes. Pour répondre à l’explosion des débits en mobilité, l’utilisation d’un nombre d’antennes supérieur devient nécessaire et on parlera alors de massive-MIMO.

D’un point de vue antennaire, se pose ainsi le problème de l’intégration de 16 antennes ou plus sur un terminal mobile. Ceci implique une forte miniaturisation de l’élément antennaire, tout en maintenant un couplage minimal entre les éléments.

Il se pose aussi la problématique de la caractérisation de ce type de système pour mesurer précisément le gain de débit obtenu.

L’un des objectifs de cette thématique sera d’étendre le banc de diversité actuel en développant un système de mesure automatique permettant à partir de mesures dans un canal réel, d’extraire la figure de mérite qui permet au mieux de caractériser la performance du système antennaire MIMO avec un nombre d’éléments important (EVM, BER, ou Débit).

Nous étudierons plus particulièrement les performances en MIMO des antennes dans les téléphones portables, tablettes et les picocells.

1.3       Boitier et plastronique

Le comportement RF des antennes miniatures est particulièrement lié à leur environnement proche (plan de masse, PCB). Par ailleurs le confinement imposé aux antennes par les designers rend leur rayonnement souvent inefficace. On connait les solutions : utiliser au mieux l’espace disponible (formes d’antenne tridimensionnelles) et répartir les antennes sur la périphérie du PCB. Malheureusement la présence du boitier rend cette mise en œuvre complexe et coûteuse. Or il apparait aujourd’hui de nouvelles technologies plastroniques  (plastique+électronique) qui permettent de graver directement, à faible coût, des antennes de forme 3D quelconques sur des pièces plastiques. Nous avons démontré leur efficacité pour accroitre les performances des antennes intégrées dans les terminaux portables. Nous proposons de mettre en œuvre cette technologie pour intégrer les antennes directement sur le boitier avec pour objectif une efficacité maximale. C’est la prochaine technologie de rupture qui permettra de gagner un facteur d’échelle sur la taille des set-top box et leur performance RF.

1.4       Reconfigurabilité et adaptativité

La reconfigurabilité doit s’intégrer à tous les éléments de la chaîne de transmission afin d’apporter une solution efficace vis-à-vis de l’objectif d’agilité et d’adaptabilité multistandards (aspects fonctionnels) et/ou environnementale (présence tête-main, présence de masse métallique …) mais aussi vis-à-vis des temps de reconfiguration  et de consommation d’énergie. On abordera donc les aspects suivants :

  • antennes agiles en fréquence (MEMS, nouveaux matériaux, composants et circuits RF et BF),
  • systèmes adaptatifs automatiques (réseaux capacitifs intégrés à commutation pilotée (CMOS, MEMs above the chip) permettant de reconfigurer l’antenne en temps réel en fonction de l’environnement,
  • reconfiguration globale et gestion de la consommation : modélisation et optimisation de la QoS en fonction de l’environnement et de l’énergie disponible,
  • Système radiologiciel pour la communication dans le White-Space (470-700MHz).

Centre de REcherche Mutualisé sur les ANTennes