Description du sujet de thèse

Contexte

L'utilisation massive des technologies sans fil en bande K-Ka (26-28 GHz) dans les réseaux 5G induit de nouvelles sources d'exposition (fréquences, usages, exposition en champ proche, etc.). Ces nouveaux usages et services impliquent en particulier l'exposition en champ proche des utilisateurs par les dispositifs portables communicants situés à proximité du corps (smartphones, tablettes, etc.). Par ailleurs, les puissances rayonnées par les terminaux mobiles, de l'ordre d'une dizaine de mW, induisent des niveaux d'exposition localement très élevés. Ceci est lié à l'absorption localisée des ondes millimétriques par les tissus humains.
Ainsi, le déploiement en cours des réseaux 5G nécessite urgemment le développement de nouvelles techniques dosimétriques pour pouvoir quantifier, contrôler et maîtriser l'exposition des utilisateurs à ces nouveaux signaux. Les techniques de dosimétrie utilisées au-dessous de 10 GHz ne sont pas adaptées aux fréquences plus élevées. Cela est principalement dû à la nature dispersive des tissus biologiques qui présentent des pertes élevées en ondes millimétriques.
Au-dessus de 10 GHz, aucune solution n'est actuellement disponible pour caractériser expérimentalement les niveaux d'exposition des utilisateurs en tenant compte des interactions antenne / corps. Dans le contexte du déploiement massif des réseaux sans fil 5G, l'évaluation précise, contrôlée et reproductible de l'exposition du grand public constitue une préoccupation sociétale majeure ainsi qu'un obstacle à la certification des appareils sans fil 5G émergents. Proposer de nouvelles méthodologies et solutions pour l'évaluation de l'exposition en champ proche est l'enjeu de cette thèse.

Objectif

Ce projet de thèse a pour l'objectif d'explorer une nouvelle approche et de contribuer au développement d'une technologie innovante pour des mesures dosimétriques précises, réalistes et rapides dans les bandes 5G/6G au-dessus de 10 GHz, en tenant compte de l'impact de l'interaction antenne/corps humain.

Méthodologie

Le(La) doctorant(e) contribuera au développement d'un nouveau concept pour l'évaluation de l'exposition des utilisateurs en champ proche. L'objectif ultime est de développer un nouveau système dosimétrique qui tiendra compte de la perturbation du rayonnement du terminal mobile 5G en champ proche induit par la présence du corps. Cela permettra de se placer d'emblée dans des scénarios d'usage réalistes et représentatifs. Les travaux de recherche porteront notamment sur la conception, l'optimisation, le prototypage et la validation d'un nouveau système basé sur un fantôme équivalent avec des caractéristiques électromagnétiques (EM) optimisées pour la dosimétrie 5G. Différents principes de conception (par ex. structures stratifiées sélectives en fréquence et métasurfaces) et méthodes de fabrication (par ex. moulage et impression 3D) seront étudiés. Un réseau de capteurs EM sera conçu et intégré dans le fantôme. L'architecture du système sera optimisée pour maximiser la précision, la sensibilité et la résolution spatiale, tout en minimisant la complexité du système. La densité de puissance sera mesurée par imagerie infrarouge. Les quantités dosimétriques associées seront déterminées en utilisant une méthode de rétropropagation multi‐physique. Le(la) doctorant(e) aura également pour mission de contribuer au développement d'une preuve de concept comprenant le fantôme développé et un bras robotique pour manipuler un dispositif sans fil 5G sous test.

Références

[1] A. R. Guraliuc, M. Zhadobov, O. De Sagazan, R. Sauleau. Solid phantom for body-centric propagation measurements at 60 GHz. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 62(6), pp. 1373–1380, Mai 2014.
[2] A. Guraliuc, M. Zhadobov, R. Sauleau, L. Marnat, L. Dussopt. Near-field user exposure in forthcoming 5G scenarios in the 60-GHz band. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65(12), pp. 6606–6615, Dec. 2017.
[3] M. Ziane, M. Zhadobov, R. Sauleau. High-resolution power density measurement technique in the near-field accounting for antenna/body coupling at millimeter-waves. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 20(11), pp. 2151-2155, Nov. 2021.

Contexte de travail

Le(La) doctorant(e) rejoindra l'équipe Ondes électromagnétiques en milieux complexes (eWAVES, www.ietr.fr/eWAVES) de l'IETR. Nos activités en électromagnétisme pour le vivant couvrent un large spectre de recherches fondamentales et appliquées qui s'étend de la modélisation multi-physique et multi-échelle aux développement de technologies innovantes pour les réseaux corporels sans fil. Ces travaux ont été à l'origine de plusieurs innovations majeures en bioélectromagnétisme et en réseaux corporels sans fil (par ex. premiers modèles expérimentaux de tissus humains en ondes millimétriques, nouveau concept de fantômes planaires, nouvelle technique de caractérisation multi-physique des matériaux de type Debye, antennes textiles innovantes pour vêtements intelligents, première chambre réverbérante pour l'exposition animale en ondes millimétriques). Nous avons un large réseau de collaborations au niveau EU et international. Le projet de thèse s'appuiera sur les méthodes numériques avancées et les équipements / moyens de mesure de pointe disponibles à l'IETR (chambre anéchoïque jusqu'à 500 GHz, caractérisation en champ proche, impression 3D à haute résolution, dosimétrie multi-physique, etc.).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

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