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Nos Thèses par thème

Sciences pour l'ingénieur >> Electromagnétisme - Electrotechnique
7 proposition(s).

Convertisseurs d'énergie continue-continue aux échelles du micro-Watt et du millimètre

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

microélectronique, électronique de puissance

01-09-2019

SL-DRT-19-0314

antoni.quelel@cea.fr

La réduction de la consommation des circuits électroniques (de type radiofréquence, analogique ou numérique) autorise une autonomie énergétique de plusieurs années à des systèmes de surveillance à bas débit, dans un volume géométrique sub-centimétrique. Pour répondre à la gestion nécessairement parcimonieuse de l'énergie à partir d'un stock ou d'une disponibilité limités (batteries ou grappilleurs d'énergie), il est nécessaire de développer des alimentations de type continue-continue, abaisseur de tension, délivrant des puissances dans une gamme inhabituelle (du nano- au micro-Watts), de manière efficace (>80%) et compactes (compatible avec un système sub-centimétrique). Il n'existe pas actuellement de produits commerciaux ni de publications scientifiques concernant ces exigences. La thèse se propose d'étudier ces alimentations que nous nommerons « alimentation lilliputienne » en balayant les structures de conversion existantes, au regard de la palette offerte par les avancées technologiques des circuits et des composants passifs intégrés mais sous des contraintes inhabituelles en électronique de puissance : très faible puissance et très faible volume.

Réseaux compacts d'antennes ultra-large bande en bande Ka

Département Systèmes

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master

01-09-2019

SL-DRT-19-0386

loic.marnat@cea.fr

Les systèmes de communication (e.g. 5G) ou de radar (e.g. automobile) millimétriques requièrent des antennes directives afin de compenser les pertes en transmission et des antennes larges bandes pour assurer, suivant l'application visée, un débit important ou une résolution fine. L'agilité du rayonnement devient donc un point clé. Les antennes réseaux offrent des avantages indéniables avec un compromis entre un nombre d'éléments rayonnants et un nombre de circuits actifs pour atteindre les performances requises en matière de formation de faisceau et de puissance rayonnée (dans un facteur de forme imposé par le système cible). Néanmoins, les règles de conception classiques liées à l'agencement des éléments peuvent être un frein pour l'intégration du réseau dans un certain nombre d'applications et aboutissent généralement à des bandes passantes et des gammes de dépointage relativement réduites. L'objectif de cette thèse est de s'affranchir de ces limitations et concevoir des réseaux plus compacts tout en assurant des performances exceptionnelles en matière de bande de fonctionnement et de gamme de dépointage. Pour cela, les études porteront sur la mise en réseau d'éléments miniatures fortement couplés. La compréhension et la modélisation de ces réseaux compacts passeront par : - L'état de l'art sur les antennes réseaux à éléments couplés large bande, - L'étude théorique du fonctionnement d'éléments couplés et les lois régissant leurs couplages, - La conception d'éléments miniatures ultra-large bande et leurs mises en réseau. Les choix technologiques viseront une solution bas coût. - Réalisation et mesures d'un prototype sur la bande Ka. Cette thèse aboutira à la réalisation de prototypes actifs peu encombrants et larges bandes comparé à l'état de l'art. Ceci ouvrira la voie à l'utilisation de réseaux d'antennes performants et facilement intégrable pour des applications avec des environnements complexes et contraints du type terminaux et points d'accès 5G ou radars automobiles millimétriques, ou encore pour des antennes spatiales avancées.

Metasurface reconfigurable

Département Systèmes

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Ingénieur ou Master II avec option hyperfréquences

01-06-2019

SL-DRT-19-0406

jean-francois.pintos@cea.fr

Les métamatériaux sont étudiés par la communauté scientifique depuis plusieurs années avec une attention particulière sur les méta-motifs 2D ou 3D. Dans le domaine des antennes, ces matériaux structurés ont été principalement utilisés comme surface magnétiques, surfaces filtrantes pour les ondes de surfaces ou antenne elle-même. Le principal inconvénient de ces matériaux est son comportement bande étroite. Des recherches récentes ont démontrées qu'il était possible de modifier la réponse des métasurfaces en rajoutant sur les motifs, un film sensible à une tension de commande ou en disposant des composants actifs entre eux. Plus récemment le CEA Leti a développé une nouvelle approche, à travers une thèse, afin de modifier les performances d'une métasurface, en insérant des moyens de contrôles sur sa face arrière ainsi que sur l'excitateur. La proposition, ici faite, s'inscrit dans la continuité de ces travaux, entamés au sein du laboratoire LAPCI, avec un développement spécifique autour des métasurfaces massivement accordables. En effet, il a été démontré que le couple métasurface/excitateur devait faire l'objet d'une conception/optimisation conjointe lorsque la métasurface et/ou l'excitateur étaient compacte voire miniature. L'objet de cette thèse est d'étudier cette interaction à travers la notion d'impédance de charge et de réaliser un démonstrateur final d'une métasurface reconfigurable de plusieurs centaines d'éléments actifs. L'intérêt majeur est d'envisager l'usage de métamatériau ultracompact réglable afin de miniaturiser l'encombrement d'une antenne placée à proximité d'un plan réflecteur. Le deuxième point majeur concerne la possibilité de contrôler en fonction de la fréquence le dispositif complet (par nature bande très étroite) sur une bande de fréquence de plusieurs dizaines de pourcent. Durant cette thèse le/la doctorant(e) sera amené(e) à développer la modélisation théorique du dispositif proposé et validera les performances attendues à travers des campagnes de simulations électromagnétiques 2D et/ou 3D. Il/elle sera en charge de faire réaliser les démonstrateurs retenus et effectuera les mesures des dispositifs dans les moyens d'essais du CEA-Leti et/ou du CNES (chambre anéchoïde). Le/la doctorant(e) sera intégré(e) au sein du Laboratoire Antenne, Propagation et Couplage Inductif à Grenoble. Il/elle fera partie de l'équipe de recherche (permanent, doctorants et non permanents) et sera encadrée par un ingénieur-chercheur du laboratoire. Le/la doctorant(e) sera amené à présenter ses travaux lors de congrès et colloques nationaux et internationaux.

Détection et localisation de défauts dans un câble multiconducteur

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Fiabilité et Intégration Capteur

Théorie et traitement de signal, Electromagnétique, Modélisation, Hyperfréquence, Mathématiques appliquées.

01-09-2019

SL-DRT-19-0758

moussa.kafal@cea.fr

Le bon fonctionnement d'un réseau de distribution dépend de la capacité à détecter rapidement l'apparition de défauts, tels que décharges, court circuits ou encore la pénétration d'humidité dans les câbles. Si la nature de ces défauts dépend du contexte applicatif, les techniques utilisées pour les détecter reposent essentiellement sur la capacité à solliciter un câble avec des signaux de test, et à monitorer l'apparition de signaux de réponse qui témoigneraient de l'existence d'une modification dans les câbles. Alors que cette approche est claire dans le cas de câbles standards constitués de deux conducteurs, le cas des câbles multiconducteur reste plus complexe à traiter. En effet, appliquer des signaux de test à une paire de conducteurs entraîne typiquement une excitation parasite de conducteurs proches, à cause du couplage électromagnétique qui les relie. Ce phénomène peut considérablement complexifier l'interprétation des résultats d'un test, en créant une ambiguïté dans l'identification du conducteur défaillant, car plusieurs conducteurs peuvent se coupler à ceux effectivement sous test. Dans cette thèse, le couplage sera au contraire considéré comme une opportunité, car il permet de sonder un nombre plus important de conducteurs en même temps. L'ambigüité intrinsèque à une telle proposition peut être levée en répétant les tests sur plusieurs paires de conducteurs. Il apparaît alors intéressant de définir des stratégie de choix optimal des conducteurs à tester afin de couvrir le plus large nombre de conducteurs voisins, sans pour autant tester toutes les combinaisons possibles. Dans ce sens, cette proposition se veut parcimonieuse, introduisant la notion de surface efficace de test couverte à partir d'une paire de conducteurs. Une stratégie de décision prometteuse pour l'identification d'un conducteur défaillant est offerte par les approches basées sur les arbres et graphes de classification Bayésiens. Ces outils permettent de croiser les informations obtenus afin d'identifier une modèle explicatif, ici le conducteur défaillant. Parmi les avantages de cette approche nous pouvons compter leur capacité à intégrer des informations qualitatives, comme la typologie du défaut, et le fait de fournir un résultat formulé en termes de probabilités associées à chaque scénario possible, ce qui permet de nuancer l'interprétation des résultats et d'en évaluer la fiabilité, contrairement aux méthodes purement numériques. Il sera alors nécessaire de procéder à un travail préparatoire, permettant d'évaluer la probabilité à priori d'observer des signaux parasites à partir d'un défaut sur un conducteur voisin. Ce travail se basera sur l'étude de la théorie des lignes et fournira le lien entre les aspects physiques de la propagation multiconducteur et les observables considérées pendant les tests.

Caractérisation électrique, modelisation et optimisation en RF et mmW des disposifits implementés en technologie 3DSI

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

Ingénieur ou Bac+5 spécialisation RF

01-10-2019

SL-DRT-19-0810

jose.lugo@cea.fr

L'intégration séquentielle 3D (3DSI) est une alternative au scaling traditionnel. Elle a un intérêt industriel pour les applications More Moore et More than Moore. La 3DSI permet d'augmenter la densité, l'efficacité et la performance des puces numériques sans diminuer la taille du transistor. Dans ce contexte, les applications radiofréquence (RF) en 3DSI ont un grand potentiel. Les solutions qui existent aujourd'hui dans le marché de la RF comme les technologies FEM (PDSOI, GaN) ou la photonique sur silicium sont encore limitées à cause des interconnections. La 3DSI offre une densité de transistors plus élevée ainsi qu'une réduction des parasites et de la longueur des interconnections, ce qui implique une meilleure performance des circuits en bande millimétrique(mmW). Grâce à la 3DSI, un étage digital performant peut se rapprocher de la RF. Les premières mesures RF des transistors en 3DSI ont été réalisées en 2018 dans le but de caractériser les paramètres petit-signal dans chaque étage. Pendant la thèse, le candidat fera la caractérisation des différentes variantes du process d'intégration dédiée à la 3DSI (junctionless, full planar transistor, ...). En outre, des designs spécifiques analog/RF partiront en Septembre 2019 et les wafers seront mesurés par le thésard en 2020. Des designs en FDSOI planar seront aussi caractérisés comme référence; ceci permettra de faire un benchmark des technologies. L'objectif de la thèse proposée est d'évaluer et d'optimiser le potentiel de la 3DSI en mmW. Le candidat aura accès à des bancs de caractérisation électrique avancés pour réaliser la mesure en haute fréquence. Dans un premier temps, le candidat étudiera les performances en mmW de chaque étage en 3DSI; ensuite les interconnections dans chaque étage et puis l'effet entre les étages. Le candidat proposera les structures de test nécessaires (lignes de transmission, filtres, LNA...) pour mesurer les caractéristiques de la technologie 3DSI en bande millimétrique, ainsi que des caractérisations plus complexes du type RF+digital dans le but d'évaluer leur performance dans un environnement plus proche de l'application (crossover, vieillissement, échauffement...). Les résultats de la mesure RF seront utilisés dans les modèles spice FDSOI et 3DSI, actuellement en développement. La thèse sera en lien avec l'équipe de process et du design au Leti. Avec la caractérisation électrique avancée, le candidat fera des retours pour améliorer les conditions du process, les règles de design et les performances électriques. Le candidat proposera des empilements et technologies optimisés (plans de masse, lignes de métaux intermédiaires, transistor..) dans le but de trouver le meilleur compromis des performances analogues et numériques. Le candidat proposera différentes façon d'optimisation des structures basées sur des simulations ou des conditions du process.

Nouveaux composants de puissance GaN à intelligence intégrée : Etude et mise en ?uvre dans une application industrielle

Département Systèmes

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Master2 recherche électronique, microélectronique, optoélectronique, électrotechnique

01-10-2019

SL-DRT-19-0832

leo.sterna@cea.fr

L'émergence des nouveaux transistors de puissance HEMT GaN en électronique de puissance ouvre de nombreuses perspectives permettant l'amélioration des performances des convertisseurs de puissance : augmentation de la densité de puissance et du rendement, fonctionnement à haute température. Afin de fiabiliser la mise en ?uvre de ces transistors GaN au sein d'un environnement convertisseur, le monitoring des différents signaux aux bornes du composant est incontournable. La mesure du courant instantané dans le transistor constitue alors un verrou, et reste à ce jour peu étudiée pour les transistors HEMT GaN. Le CEA Leti dispose d'une technologie et de composants spécifiques permettant la mesure de courant instantané avec une très bonne dynamique. Cette thèse se propose d'étudier et de mettre en ?uvre des circuits de mesure type miroir de courant pour transistors de puissance HEMT GaN. Le doctorant portera ses réflexions sur les applications possibles ce capteur de courant pouvant permettre la protection du transistor en courant, voire le contrôle dynamique du transistor en commutation. Cette fonction de monitoring sera à intégrer au sein d'un circuit de driver spécifique, l'objectif final de la thèse étant de proposer un circuit de driver avec capteur de courant et retour de commande sur le transistor. Le doctorant sera accueilli au sein du L2EP, laboratoire d'électronique de puissance. L'encadrement scientifique sera assuré par des chercheurs du laboratoire universitaire du G2ELab en co-encadrement avec les ingénieurs-chercheurs du CEA Leti. Le doctorant évoluera ainsi dans un environnement innovant pluridisciplinaire.

Systèmes de récupération d'énergie vibratoire large bande à conversion électromagnétique

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ingénieur - Electronique, Mécanique, Mécatronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0933

sebastien.boisseau@cea.fr

La récupération d'énergie a pour objectif d'exploiter l'énergie ambiante présente dans l'environnement d'un système électronique (capteurs communicants, actionneur?) pour le rendre autonome en énergie, supprimant les câbles, les piles et la maintenance qui y est associée (recharge, remplacement). La récupération d'énergie vibratoire permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement vibrant (moteur, transport?) et de la convertir en électricité afin d'alimenter ces systèmes électroniques. La thèse portera essentiellement sur l'exploitation du principe électromagnétique pour convertir l'énergie vibratoire ambiante en électricité. Une des limitations majeures de ces récupérateurs est leur sélectivité en fréquence : l'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes à la fréquence d'opération, mais la puissance récupérée chute drastiquement lorsque le récupérateur et l'environnement ne sont plus accordés en fréquence, ce qui dégrade l'opérabilité du système, sa polyvalence et plus globalement sa fiabilité (dérive en fréquence due aux effets de fatigues mécaniques). Cette sélectivité en fréquence reste donc le verrou majeur de la récupération d'énergie vibratoire, limitant son adoption. Ce verrou peut cependant être levé par le moyen de récupérateurs dits « large bande » et/ou possédant la capacité à être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur d'énergie vibratoire peut voir son comportement mécanique modifié (changement de sa raideur par exemple) ce qui permet de (i) suivre l'évolution de la fréquence d'entrée (e.g. un moteur dont la fréquence de rotation diminue) et/ou (ii) compenser une modification de son propre comportement (une fréquence de résonance qui diminue avec la température, un vieillissement?). Le c?ur de cette thèse se focalise sur (i) le développement de récupérateurs d'énergie vibratoire à conversion électromagnétique dont la fréquence de résonance peut être ajustée en temps réel (système fortement couplé, couplage piézoélectrique/électromagnétique, systèmes non-linéaires) et sur (ii) le développement d'électroniques de gestion d'énergie très basse consommation capables de piloter ces dispositifs. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des récupérateurs d'énergie et des architectures électroniques innovantes permettant de réaliser l'accordage automatique en fréquence et la recherche du point de puissance maximum des dispositifs de récupération d'énergie vibratoire. Après un état de l'art sur les moyens et techniques d'ajustement de fréquence, une étude système et des simulations électromécaniques devront être réalisées, ce qui permettra de sélectionner les implémentations les plus pertinentes. Un soin particulier sera apporté à la faible consommation de l'électronique de pilotage puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie et consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. Un démonstrateur complet (récupérateur d'énergie vibratoire + technique d'accordage + circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

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