Projet de Recherche Doctorale (PRD)

L’évolution des systèmes de communications sans fil vers la sixième génération (6G) impose le développement de composants radiofréquences (RF) plus compacts, plus performants et plus facilement intégrables. Les architectures Full-Duplex, les antennes intelligentes, les réseaux reconfigurables et les communications en bandes millimétriques nécessitent des composants passifs non réciproques présentant de faibles pertes d’insertion, une forte isolation, une large bande passante et une intégration poussée. 

Les circulateurs à ferrite constituent aujourd’hui une solution de référence grâce à leurs excellentes performances électromagnétiques et à leur capacite à assurer des fonctions de non-réciprocité avec des faible pertes. Toutefois, la plupart des architectures actuellement étudiées reposent sur l’association de matériaux présentant des propriétés électromagnétiques différentes (ferrites, diélectriques et métallisations), ce qui engendre des contraintes de fabrication, d’assemblage et d’intégration. 

Une approche basée sur un substrat ferrite monolithique, constitue uniquement d’un matériau ferrite sans insertion locale dans un support diélectrique distinct, constitue une alternative prometteuse. Cette approche pourrait permettre de simplifier les procèdes technologiques, d’améliorer la robustesse mécanique des composants et de favoriser leur intégration dans des architectures RF avancées. Cependant, elle introduit également de nouveaux défis liés à l’aimantation du matériau, à l’adaptation des lignes de transmission, au contrôle de la propagation électromagnétique dans un milieu magnétique anisotrope ainsi qu’à la maîtrise des mécanismes de non-réciprocité. 

L’hypothèse scientifique de cette thèse est qu’un substrat ferrite monolithique permet une meilleure maîtrise du confinement électromagnétique et une simplification des procédés de fabrication, tout en conservant les performances de non-réciprocité nécessaires aux futurs systèmes RF à haute intégration. 

Les travaux porteront principalement sur les bandes millimétriques d’intérêt pour les futurs systèmes de communications et les architectures Full-Duplex, notamment la gamme de fréquences comprise entre 24 et 43 GHz. 

Les principaux objectifs sont : 

1 – Concevoir et développer de nouvelles architectures de circulateurs à ferrite sur substrat monolithique afin d’améliorer l’intégration, la robustesse mécanique et de simplifier le processus de fabrication par rapport aux technologies conventionnelles.  

• Recenser et classifier les différentes architectures de circulateurs existantes (microstrip,  
          strip-line, SIW, Coplanaire, etc.).  

• Analyser les performances des différentes architectures en fonction des applications 
         visées (5G/6G, radar, satellite, spatial, Full-Duplex, IoT, instrumentation, etc.) et des 
         bandes de fréquences associées.  

• Étudier les principes de fonctionnement, les avantages, les limitations et les contraintes  
          de conception des différentes technologies de circulateurs.  

2 – Modéliser et analyser le comportement électromagnétique des structures ferrites monolithiques en étudiant l’influence des propriétés magnétiques, du champ de polarisation de l’anisotropie du matériau sur les performances du composant.  

• Réaliser une étude comparative des matériaux ferrites utilisés dans les composants non 
          réciproques (YIG, hexa-ferrites, etc.).  

• Évaluer les propriétés électromagnétiques des matériaux (aimantation de saturation,  
          perméabilité, pertes, stabilité thermique, etc.) en fonction des 
          bandes de fréquence et des applications ciblées.  

• Établir une corrélation entre architecture, matériau, domaine d’application et 
          performances afin d’identifier les solutions les plus adaptées aux futurs systèmes RF et 
          micro-ondes. 

3 – Optimiser les performances RF des dispositifs proposés en termes de pertes d’insertion, isolation, adaptation d’impédance et élargissement de la bande de fonctionnement, tout en étudiant la faisabilité de solution multi-bandes. 

• Optimiser les pertes d’insertion, l’isolation et l’adaptation d’impédance.  

• Élargir la bande de fonctionnement.  

• Étudier la faisabilité d’architectures multi-bandes.  

• Optimiser les paramètres géométriques et électromagnétiques.  

• Valider les performances et les comparer à l’état de l’art. 

4 – Développer et évaluer des solutions d’intégration circulateur–antenne permettant la réalisation de structures compactes adaptées aux antennes intelligentes, aux architectures Full-Duplex et aux futurs systèmes de communications 6G.  

• Étudier les architectures d’intégration circulateur–antenne existantes.  

• Concevoir des structures compactes adaptées aux antennes intelligentes. 

• Optimiser le couplage entre le circulateur et l’élément rayonnant.  

• Étudier l’intégration pour les architectures Full-Duplex et la réduction des interférences 
         émission/réception. 

5 – Réaliser et valider expérimentalement les prototypes développés à l’aide de techniques avancées RF (mesures sous pointes et/ou sous connecteurs, transitions coplanaires, caractérisations en bandes millimétriques), tout en mettant en place une méthodologie de conception rapide basée sur une bibliothèque de résonateurs ferrites. 

• Définir les procédés de fabrication et d’intégration RF.  

• Réaliser les prototypes et les transitions de mesure adaptées.  

• Effectuer les caractérisations expérimentales.  

• Comparer les résultats mesures/simulations. 

Le/la candidat(e) devra posséder : 

• De bonnes connaissances en électromagnétisme, circuits micro-ondes, composants passifs RF et matériaux ferrites.  

• Une expérience en simulation électromagnétique (CST, HFSS ou équivalent) et en conception de structures RF.  

• Bonne maîtrise de l’anglais scientifique, permettant la rédaction d’articles et la communication des résultats dans des conférences internationales. 

• Autonomie, rigueur, curiosité scientifique, sens de l’organisation et capacité à travailler en équipe. 

Le candidat devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur en électronique, télécommunications, hyperfréquences ou génie électrique, obtenu avant le démarrage de la thèse.  

Nou El-Madhoun (Isep):  nour.el-madhoun@isep.fr  

Oussama ZAHWE (Isep): oussama.zahwe@isep.fr 

Sara Abou Chakra : sabouchakra@ul.edu.lb 

Mohammad RAMMAL: mframmal@ul.edu.lb 

Le dossier de candidature comprend :  

• un curriculum vitae détaillé ;  

• une lettre de motivation précisant l’intérêt du candidat pour le sujet ;  

• les relevés de notes du master ou des deux dernières années du cycle ingénieur ;  

• les coordonnées de deux personnes pouvant être contactées comme référents.  

Merci d’adresser le dossier par courriel avec l’objet « Candidature doctorat – Conception et optimisation de circulateurs intégrés ». Les candidatures sont examinées au fil de l’eau jusqu’à pourvoi du poste.