Preuve de concept d'une liaison radio mer-air d'une balise autonome de petites dimensions - Projet BELOCOPAConception d'antennes multi-bandes sur substrat souple

This thesis is part of the BELOCOPA project FUI-2011 (BELOCOPA is a French acronym that means ejected buoy to localize and collect the data of a crashed plane in sea). It was about designing and developing an on-board, removable and autonomous, equipment to localize quickly and precisely an aircraft crashed in the sea, and to collect by telecommunication the main flight data from a patrol boat. The aim of this thesis, in the Fresnel Institute, was the study and the realization of the main antenna of the beacon. This antenna had to be very flexible with small dimensions to be folded and integrated in a reduced space of the beacon, andhad to be strong during its deployment after the ejection of the plane. The aim of the first part of the work was to characterize in term of permittivity the different dielectric materials included in the composition of the beacon, namely the substrates of the antennas and the radome. The second part of the thesis was on the design of multi-band antennas working in dipolar modes on the frequency plan of the specification of the project. The characteristic of these antennas is to be very flexible. This flexibility was obtained realizing metal radiating pattern on a polyamide material. Several patterns have been studied and tested to get the final antenna with meander working at three different resonance frequencies. Following this study, a prototype of the final antenna integrated in the radome is the last link of the prototype of the distress beacon BELOCOPA.Cette thèse s'inscrit dans le projet FUI-2011 BELOCOPA (Bouée Éjectable pour la LOcalisation et la COllecte des Paramètres de vol d'un Aéronef abîmé en mer). Il s'agissait de concevoir et de développer un équipement embarqué, extractible et autonome pour localiser rapidement et avec précision un aéronef abîmé en mer et récupérer par liaisons radio les principales données de vol à partir d'un patrouilleur maritime. Le but de cette thèse, au sein de l'Institut Fresnel, concernait l'étude et la réalisation de l'antenne principale de la balise. Cette antenne devait être très flexible et de petites dimensions pour être pliée et insérée dans un espace réduit de la balise et résistante lors son déploiement après son éjection de l'avion. La première partie du travail a eu pour objectif de caractériser en terme de permittivité les différents matériaux diélectriques entrant dans la constitution de la balise, à savoir les substrats sur lesquels sont fixées les antennes et le radôme. La deuxième partie de la thèse porte sur la conception d'antennes multi-bandes fonctionnant en modes dipolaires sur le plan de fréquences du cahier des charges du projet. Ces antennes ont la articularité d'être extrêmement souples. Cette souplesse a été obtenue en réalisant des motifs métalliques rayonnants sur une toile polyamide. Plusieurs motifs ont été étudiés et testés pour converger vers une antenne méandre fonctionnant à trois fréquences distinctes. A l'issue de cette étude, un prototype de l'antenne finale positionnée dans son radôme constitue le dernier maillon du prototype de la balise de détresse du projet BELOCOPA

Proof of concept of a sea-air radio link of a small autonomous beacon - BELOCOPA project : design of multiband antennas on fexible substrate

Cette thèse s'inscrit dans le projet FUI-2011 BELOCOPA (Bouée Éjectable pour la LOcalisation et la COllecte des Paramètres de vol d'un Aéronef abîmé en mer). Il s'agissait de concevoir et de développer un équipement embarqué, extractible et autonome pour localiser rapidement et avec précision un aéronef abîmé en mer et récupérer par liaisons radio les principales données de vol à partir d'un patrouilleur maritime. Le but de cette thèse, au sein de l'Institut Fresnel, concernait l'étude et la réalisation de l'antenne principale de la balise. Cette antenne devait être très flexible et de petites dimensions pour être pliée et insérée dans un espace réduit de la balise et résistante lors son déploiement après son éjection de l'avion. La première partie du travail a eu pour objectif de caractériser en terme de permittivité les différents matériaux diélectriques entrant dans la constitution de la balise, à savoir les substrats sur lesquels sont fixées les antennes et le radôme. La deuxième partie de la thèse porte sur la conception d'antennes multi-bandes fonctionnant en modes dipolaires sur le plan de fréquences du cahier des charges du projet. Ces antennes ont la particularité d'être extrêmement souples. Cette souplesse a été obtenue en réalisant des motifs métalliques rayonnants sur une toile polyamide. Plusieurs motifs ont été étudiés et testés pour converger vers une antenne méandre fonctionnant à trois fréquences distinctes. A l'issue de cette étude, un prototype de l'antenne finale positionnée dans son radôme constitue le dernier maillon du prototype de la balise de détresse du projet BELOCOPA.This thesis is part of the BELOCOPA project FUI-2011 (BELOCOPA means Ejected Buoy to LOcalize and COllect the data of a crashed plane in sea). It was about designing and developing an on-board, removable and autonomous, equipment to localize quickly and precisely an aircraft crashed in the sea, and to collect by telecommunication the main flight data from a patrol boat. The aim of this thesis, in the Fresnel Institute, was the study and the realization of the main antenna of the beacon. This antenna had to be very flexible with small dimensions to be folded and integrated in a reduced space of the beacon, and had to be strong during its deployment after the ejection of the plane. The aim of the first part of the work was to characterize in term of permittivity the different dielectric materials included in the composition of the beacon, namely the substrates of the antennas and the radome. The second part of the thesis was on the design of multi-band antennas working in dipolar modes on the frequency plan of the specification of the project. The characteristic of these antennas is to be very flexible. This flexibility was obtained realizing metal radiating pattern on a polyamide material. Several patterns have been studied and tested to get the final antenna with meander working at three different resonance frequencies. Following this study, a prototype of the final antenna integrated in the radome is the last link of the prototype of the distress beacon BELOCOPA

A quasi-universal method to measure the electromagnetic characteristics of usual materials in the microwave range

International audienceKnowing the electromagnetic characteristics of differen material has become a major topic with the growing of wireless communications. The actual tools to perform this characterization have some limits, either in terms of limited frequency band, or in terms of inconstancy according to the different kinds of materials. On the basis of well-known procedures in the microwave domain, we present a new measurement cell equipped with a sample holder that can contain any kind of materials: solids, semi-solids (granular or powder materials), liquids. This technique can also characterize materials of thin thickness that are also more and more used in the RFID domain or in the realization of antennas on flexible substrates

Solution quasi universelle au problème récurrent de la détermination des caractéristiques électromagnétiques de tous types de matériaux dans le domaine des hyperfréquences

Depuis l'avènement de l'électromagnétisme dans les années 40 [1] avec l'entrée des télécommunications sans fil dans la vie courante, connaître avec la plus grande précision les caractéristiques électromagnétiques des matériaux mis en œuvre est devenu, et reste une préoccupation principale. Actuellement un grand nombre de techniques et de savoir-faire existent, cependant, un appareil de type Epsilonmètre n'est toujours pas disponible pour le grand public. Quelques solutions techniques sont éventuellement disponibles avec néanmoins des limitations substantielles. Ces solutions ne sont pas toujours simples à utiliser pour la permittivité et/ou la perméabilité complexes. En outre, suivant le type de matériau étudié, qu'il soit solide, en poudre ou bien encore liquide, la solution technique diffère... Pour tenter de résoudre quasiment toutes les limitations, une solution basée sur une configuration en propagation guidée et utilisant un Porte Echantillon Universel a été développée. Actuellement, le système est validé dans le cadre de matériaux solides, liquides, granulaires ou pulvérulents [2]. Nous testons aujourd'hui le système dans le cas de matériaux fins et souples pour des caractérisations de substrats souples utilisés de plus en plus, notamment en RFiD

New Method to Design a Multiband Flexible Textile Antenna

International audienceThis paper presents an original way for the design simulation, implementation, and measurement of a multiband flexible textile antenna. The aim is to realize an antenna with a dipolar radiation at several resonance frequencies. The radiating element is a monopole antenna. This antenna naturally exhibits a dipole and quadripole radiation pattern for the first and second resonance frequency respectively. This behavior is due to the current distribution on the antenna. To constrain the second mode to change into a dipolar radiation pattern, two decorrelated and non-radiating parasitic elements are added to the antenna. At this second resonance frequency, the current distribution is different from the one of the quadripolar mode by the parasitic elements. The dimensions of these parasitic elements are defined by electromagnetic simulation and measurement. To validate this method, the monopole antenna is studied. The radiating element of the antenna is sewn on the textile flexible substrate. This substrate was previously characterized in terms of relative permittivity and losses. The near-field magnetic field and the far-field radiation pattern are studied in simulations and measurements

Analytical, Simulation and Measurement Studies of a Dual-Band Open-Sleeve Curved Meander Line Antenna on a Flexible Substrate

International audienceAn innovative antenna on flexible substrate with two resonators is presented. The antenna is composed of a metallic wire sewn on the substrate. Two dipolar modes in far field are radiated. To understand the interaction of the resonators with the principal antenna, studies with and without the sleeves are done in near field and far field

Flexible substrate characterization for innovative small antenna - BELOCOPA project

International audienceThe search of a plane wreck just crashed can be extremely delicate. Since the flight crash AF447 Rio-Paris, this problem has become serious in the air security. The idea to design a removable and visible buoy is a part of the recommendations from the French authority BEA responsible for safety investigations into accidents or incidents in civil aviation. The BELOCOPA [1, 2] project is done in this context. Three companies and two laboratories of the PACA French region work on this project. The objectives are to localize the buoy with the GPS signal, to emit the security distress signal and to transmit the data, all of this in a reduced volume of an autonomous beacon ejected at the moment of the crash. The theoretical and experimental study of the deployable antenna of the beacon is the main task coming within the competency of the Fresnel Institute (figure 1). A simple innovative antenna [3, 4] transmitting at several frequencies, operating especially at the GPS, the security distress signal and data transmission frequencies is designed. The electromagnetic characterization of materials in terms of permittivity and permeability [5] included in the composition of the beacon is the other main task to master the different link budgets in the transmissions between the beacon and the different air and sea and/or satellite resources. The characterization of a flexible substrate is a delicate operation because techniques perfectly adapted to the studied frequencies do not exist. At the Fresnel Institute, we need to extrapolate the well-handled techniques on solids to the flexible substrates. We have developed a new experimental technique (figure 2) in this aim to be able to characterize every materials used in the antenna part of the buoy (flexible substrate and inflatable radome). The presented results show the progress status of the innovative techniques for the BELOCOPA project in the conception of flexible antennas, multi-frequency antennas and knowledge of dielectri

An open-sleeve folded u-shaped multiband antenna

International audienc

Theoretical Study of a High Permittivity Dielectric Resonator as a Potential NMR Probe

International audienceIn this short paper, we present a theoretical study of a new probe for Nuclear Magnetic Resonance (NMR) microscopy, based on high-permittivity and low-loss ceramic resonators. The probe design consists of two coupled annular resonators, with a maximum of axial magnetic field within them. An analytical study of the first transverse electric (TE) eigenmode of a single resonator was undertaken to assess the reliability of the magnetic field distribution for NMR imaging purposes. The developed analytical model also enabled to study coupling between resonators as a tool for tuning the probe at the Larmor frequency