Modal Analysis And Design Of Antennas For Biomedical Applications

Abderrazak, Ferdaous (2025). Modal Analysis And Design Of Antennas For Biomedical Applications. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d’Informatique et d’Ingénierie, 173 p.

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Résumé

L’environnement technologique actuel des communications sans fil est marqué par l’essor continu des systèmes de transfert d’énergie sans fil (Wireless Power Transfer, WPT), qui s’imposent comme une solution performante, sécurisée et pratique dans des contextes où la transmission filaire présente des limitations fonctionnelles ou des risques techniques. L’intégration récente du WPT dans les dispositifs médicaux implantables (IMD) illustre pleinement ce potentiel, en permettant une alimentation électrique fiable et continue, sans recours à des procédures invasives.
Traditionnellement, le transfert d’énergie dans les IMD repose sur le couplage inductif à basse fréquence (f < 10 MHz). Toutefois, des travaux récents, combinant modélisation électromagnétique et validation expérimentale, ont mis en évidence que le rendement de transfert d’énergie (Power Transfer Efficiency, PTE) peut être significativement amélioré dans la bande UHF (300 MHz – 3 GHz). Plusieurs contributions ont ainsi porté sur l’optimisation des architectures, la conception des dispositifs émetteurs/récepteurs et la mise en œuvre de systèmes WPT à base de radiofréquences. Néanmoins, bien que des performances élevées soient atteintes sous condition d’alignement optimal entre les antennes de transmission (Tx) et de réception (Rx), une désalignement même minime provoque une chute marquée du rendement, limitant considérablement l’efficacité du système. Cette thèse propose une approche innovante pour la conception et l’analyse de systèmes WPT adaptés aux contraintes des applications biomédicales. Elle introduit, pour la première fois, l’utilisation de méthodologies fondées sur l’analyse des modes caractéristiques (Characteristic Mode Analysis, CMA) dans le but d’améliorer la robustesse et la tolérance des systèmes WPT aux désalignements mécaniques ou environnementaux.
Dans les systèmes WPT à base de RF pour les IMD, l’optimisation repose généralement sur une exploitation du comportement proche de la résonance afin de maximiser le transfert d’énergie, l’efficacité globale et l’adaptation d’impédance. Toutefois, des écarts par rapport à cette condition idéale, induits par des variations d’alignement ou des perturbations environnementales, peuvent détériorer drastiquement les performances du système. Dans ce contexte, l’approche CMA offre un cadre analytique pertinent pour comprendre, à un niveau modal, l’impact physique de ces perturbations sur le comportement électromagnétique du système, en particulier dans les régimes non résonants.
La thèse propose une nouvelle application de l’analyse modale pour caractériser le comportement électromagnétique de différentes architectures WPT, incluant les configurations à simple émetteur, à double émetteur, les systèmes à résonance magnétique fortement couplée (CSCMR), ainsi que les dispositifs à plaques de champ proche (Near-Field Plates). L’objectif est de fournir une compréhension physique approfondie de la dynamique modale afin d’identifier, contrôler et exciter sélectivement les modes les plus favorables au transfert d’énergie dans un contexte biomédical contraint.

Type de document:	Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse:	Talbi, Larbi
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Daviu, Eva Antonino
Départements et école, unités de recherche et services:	Informatique et ingénierie
Date de dépôt:	14 mai 2025 13:09
Dernière modification:	14 mai 2025 13:09
URI:	https://di.uqo.ca/id/eprint/1787

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