Ecole Doctorale

SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Spécialité

Sciences pour l'ingénieur : spécialité Micro et Nanoélectronique

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

antenne,hyperfrequence,sérigraphie,imprimée,electromagnetisme,flexible

Keywords

antenna,microwave,screen,printed,electromagnetism,flexible

Titre de thèse

Antennes hyperfréquences sérigraphiées
Screen-printed microwave antennas

Date

Jeudi 11 Juillet 2024 à 10:30

Adresse

Bâtiment Louis NEEL - Technopôle de Château Gombert 5 rue Enrico Fermi F-13453 MARSEILLE Cedex 13 - France Amphithéatre Neel

Jury

Directeur de these M. Matthieu EGELS Aix-Marseille Université
Rapporteur M. Fabien FERRERO Université Côte d'Azur
Rapporteur Mme Habiba OUSLIMANI Université Paris Ouest Nanterre la Défense
Président M. Sylvain BOURDEL Université de Grenoble Alpes
Examinateur Mme Evangéline BENEVENT Aix-Marseille Université
Co-encadrant de these M. Mohammed BENWADIH CEA-LITEN

Résumé de la thèse

L’électronique imprimée se développe pour répondre aux besoins du marché en circuits électroniques économiques, flexibles, légers et respectueux de l’environnement. Parmi les procédés de l’électronique imprimée, la sérigraphie suscite un intérêt fort pour l’impression de dispositifs médicaux, de capteurs flexibles ou d’antennes. Le développement de la 5G et de l’IoT dans le domaine des antennes hyperfréquences entraîne une complexité croissante des systèmes antennaires, associée à des exigences de performances de plus en plus élevées. La thèse présentée vise à explorer le potentiel de la sérigraphie pour la réalisation d’antennes. Une identification des paramètres limitant la sérigraphie est menée initialement en fréquence basse (inférieure à 6 GHz) par la conception puis la réalisation d’un grand nombre d’antennes. Des antennes simple bande, multi bande, à polarisation linéaire ou bien circulaire sont conçues et mesurées pour tester la polyvalence et les limites du procédé de fabrication. L’analyse statistique de plus de 500 antennes sérigraphiées permet multiples sous-études parmi lesquelles, l’impact des propriétés de l’encre métallique d’impression, de la résolution ou du l’imprécision d’alignement sur les performances des antennes. Par l’amélioration de ces facteurs limitants, l’étude évolue progressivement vers l’impression d’antennes conçues pour les fréquences plus élevées des hyperfréquences et de la 5G, allant jusqu’à 48 GHz. Enfin, une analyse des performances de multiples réseaux d’antennes sérigraphiés est menée pour démontrer la capacité de la sérigraphie à répondre aux besoins exigeants des systèmes 5G.

Thesis resume

Printed electronics are developing to meet market needs for economical, flexible, lightweight and environmentally friendly electronic circuits. Among the processes of printed electronics, screen printing is attracting strong interest for the printing of medical devices, flexible sensors or antennas. The development of 5G and IoT in the field of microwave antennas leads to increasing complexity of antenna systems, associated with increasingly high performance requirements. The presented thesis aims to explore the potential of screen printing for the production of antennas. An identification of the parameters limiting screen printing is initially carried out at low frequency (below 6 GHz) by the design and then the production of a large number of antennas. Single band, multi band, linear or circular polarization antennas are designed and measured to test the versatility and limits of the manufacturing process. The statistical analysis of more than 500 screen-printed antennas allows multiple sub-studies including the impact of the properties of the metallic printing ink, the resolution or the imprecision of alignment on the performance of the antennas. By improving these limiting factors, the study is gradually moving towards the printing of antennas designed for the higher frequencies of microwaves and 5G, up to 48 GHz. Finally, a performance analysis of multiple screen-printed antenna arrays is conducted to demonstrate the ability of screen printing to meet the demanding needs of 5G systems.