Description du sujet de thèse

Pour faire face à l'augmentation colossale du trafic de données, de nouvelles technologies filaires (fibres optiques) et sans fil (mobilité) très haut débit doivent être développées. En ce qui concerne les communications sans fils, il est obligatoire d'utiliser des fréquences porteuses très élevés pour atteindre des débits de l'ordre de 100 Gbits/s, tels que requis par les réseaux du futur au-delà de la 5G, aussi connus sous le nom de « 6G ». Cette thèse se propose d'exploiter les fenêtres fréquentielles dans la gamme sub-THz (100 GHz -1 THz) pour atteindre de tels débits en temps réel. Développer de nouveaux composants (par exemple, photodiodes) pour augmenter la puissance générée dans le “gap THz” est essentiel pour compenser les pertes de propagation cumulées sur un lien radio sub-THz. Cependant, pour une utilisation efficace dans les applications sans fil de terrain (communications sans-fil au-delà de la 5G, imagerie), les signaux générés doivent être transmis uniquement dans des directions où ils doivent être reçus. A cette fin, des faisceaux étroits (très directifs) et dépointables doivent être générés sur un champ de vision suffisamment large. En partenariat entre les deux laboratoires IETR et IEMN, nous étudierons pour cela l'intégration de photodiodes UTC (IEMN) avec des réseaux d'antennes planaires à large bande (IETR). Les réseaux d'antennes développés et excités par photo-mélange reposeront sur une combinaison cohérente de puissance et permettront également de balayer le faisceau. Il sera ainsi possible de contrôler la phase de chaque élément rayonnant par “true time delay” et ainsi de rayonner dans une direction privilégiée. L'objectif est de proposer des réseaux d'antennes photoniques dont le niveau de performances ira au-delà de l'état de l'art actuel. Deux concepts complémentaires seront explorés : • Antennes à photomélange avec formateurs de faisceaux photoniques. Nous explorerons des structures de réseau évolutives et compactes, capables de fournir une adaptation conjuguée sur une large plage de fréquences. Ces concepts ont déjà été validés par simulation [1]. • Des valeurs de gain plus élevées seront obtenues en combinant ces antennes à photomélange avec des structures focalisantes avancées (par exemple des lentilles ou des réseaux transmetteurs) [2]. L'objectif ultime sera de proposer des architectures d'antennes plates à gain élevé, à faisceau contrôlable pour les communications haut-débit (liaisons radio backhaul/fronthaul). [1] A. J. Pascual, L. E. García-Muñoz, R. Sauleau and D. González-Ovejero, “Unit-cell design for antenna arrays efficiently matched to uni-travelling-carrier photodiodes,” 44th Int. Conf. Infrared Millimeter THz Waves, Paris, France, 2019, pp. 1-2. doi: https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2019.8874017. [2] A. J. Pascual, M. Ali, T. Batté, F. Ferrero, L. Brochier, O. de Sagazan, F. van Dijk, L. E. García Muñoz, G. Carpintero Del Barrio, R. Sauleau, and D. González-Ovejero, “Photonic-enabled beam switching mm-wave antenna array,” J. Lightwave Technol., vol. 40, no. 3, pp. 632-639, 1 Feb.1, 2022. https://doi.org/10.1109/JLT.2021.3124092. Compétences demandées : - Être titulaire d'un Master en en génie électrique ou en physique - Avoir des compétences dans le domaine des antennes, micro-ondes, modélisation numérique. De bonnes connaissances en électronique ou en photonique THz seront appréciées. - Savoir-faire, savoir être : travail en équipe multiculturel, savoir rendre compte. - Langues : Anglais (niveau B2 cadre européen commun de référence ou plus), la connaissance du français n'est pas requise.

Contexte de travail

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du PEPR électronique, qui vise à structurer la communauté française sur des applicatifs à l'horizon de 10 ans. Dans ce contexte, il est désormais établi que la prochaine « 6G » jouera un rôle fondamental dans ce futur proche. Ce projet interdisciplinaire implique 2 laboratoires du CNRS : 1) IETR – UMR CNRS 6164, (www.ietr.fr), avec expertise dans la conception d'antennes 2) IEMN – UMR CNRS 8520, (https://www.iemn.fr/en/), avec expertise dans l'électronique et photonique THz Cette thèse constitue une opportunité exceptionnelle de réunir deux communautés (antennes et photonique THz) qui interagissent généralement simplement en échangeant la définition des interfaces ou en se donnant spécifications qui parfois ignorent les besoins des autres. Le-la doctorant-e (M.Sc. en génie électrique / électronique ou en physique) développera des émetteurs THz rapides avec une puissance de sortie élevée (IEMN) et associés à des éléments rayonnants agiles et efficaces (IETR). De plus, il-elle utilisera de fonctions unitaires THz pour la manipulation des ondes THz (formateurs de faisceaux, contrôle de faisceaux en sortie du système antennaire). Enfin, le-la doctorant-e contribuera aux tests des antennes, à la mesure de l'émetteur et à la caractérisation globale du front-end (IEMN-IETR). Formation demandée : Master en en génie électrique ou en physique Compétences du doctorant souhaitées : antennes, micro-ondes, modélisation numérique. De bonnes connaissances en électronique ou en photonique THz seront appréciées. Savoir-faire, savoir être : travail en équipe multiculturel, savoir rendre compte. Langues : Anglais (niveau B2 cadre européen commun de référence ou plus), la connaissance du français n'est pas requise.

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