Thèse Année : 2024

Reconfigurable antennas for modern IoT networks : design concepts and implementation strategies

Antennes reconfigurables pour réseaux IoT modernes : principes de conception et stratégies de mise en œuvre

Résumé

The rapid growth of Internet of Things (IoT) applications has led to a surge in demand for advanced wireless technologies.In the context of an ever-evolving digital landscape, reconfigurable antennas have emerged as a pivotal focus due to their adaptive nature.This work provides a comprehensive overview of the current landscape of IoT and wireless technologies, with a focus on the IoT-compliant standards and how they have influenced antenna design. This research explores the challenges of designing, optimizing, and implementing these antennas specifically for modern IoT networks. The fundamental principles of miniature Electrically Small Antennas (ESA)s and reconfigurable antennas designs for IoT applications builds the foundation of this work.Firstly, the exploration of a miniature Omnidirectional Circular Polarization (OCP) antenna, and an in-depth analysis of its optimization parameters and circular polarization is carried out. A study on reconfigurable OCP antenna is also provided, with a stress on practical implementation strategies. Further, the research explores pattern reconfigurability, a feature that allows the antenna to dynamically alter its radiation pattern. A low-profile Pattern Reconfigurable Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR) is designed and optimized, with measured results presented and analyzed. The research also proposes potential solutions to the re-optimization problem associated with the practical implementation of switching circuits. The study also includes real-life field-testing. The design and on-field testing of an ESPAR antenna for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) based long-range IoT applications are thus discussed, covering the integration of the transceiver. Finally, this work discusses the design of a frequency reconfigurable antenna for satellite-based IoT communications, with the challenges of miniaturization and reconfigurability at the forefront.
La croissance rapide des applications de l’Internet des objets (IoT) a entrainé une forte demande en technologies sans fil avancées. Dans le contexte d’un paysage numérique en constante évolution, les antennes reconfigurables sont devenues un point focal crucial en raison de leur nature adaptable. Ce travail offre un aperçu complet du paysage actuel des technologies IoT et sans fil, en mettant l’accent sur les normes compatibles avec l’IoT et la manière dont elles ont influencé la conception des antennes. Cette recherche explore les défis de la conception, de l’optimisation et de la mise en œuvre de ces antennes spécifiquement pour les réseaux IoT modernes. Les principes fondamentaux des antennes miniatures électriquement petites (ESA) et des conceptions d’antennes reconfigurables pour les applications IoT constituent la base de ce travail. Tout d’abord, l’exploration d’une antenne à polarisation circulaire omnidirectionnelle (OCP) miniature est effectuée, et une analyse approfondie de ses paramètres d’optimisation et de sa polarisation circulaire est réalisée. Une étude sur l’antenne OCP reconfigurable est également fournie, avec un accent sur les stratégies de mise en œuvre pratique. En outre, la recherche explore la reconfigurabilité du diagramme, une caractéristique qui permet à l’antenne de modifier dynamiquement son diagramme de rayonnement. Une antenne à réseau parasitaire orientable électroniquement (ESPAR) reconfigurable et à profil bas est conçu et optimisé, avec présentation et analyse des résultats mesurés. La recherche propose également des solutions potentielles au problème de réoptimisation associé à la mise en œuvre pratique des circuits de commutation. L’étude inclut également des tests sur le terrain en conditions réelles. La conception et les essais sur le terrain d’une antenne ESPAR pour les applications IoT à longue portée basées sur les véhicules aériens sans pilote (UAV) sont discutés, en couvrant l’intégration du transceiver. Enfin, ce travail aborde la conception d’une antenne reconfigurable en fréquence pour les communications IoT basées sur les satellites, avec les défis de la miniaturisation et de la reconfigurabilité au premier plan.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04926996 , version 1 (03-02-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04926996 , version 1

Citer

Francesco Positano. Reconfigurable antennas for modern IoT networks : design concepts and implementation strategies. Electromagnetism. Université Côte d'Azur, 2024. English. ⟨NNT : 2024COAZ4062⟩. ⟨tel-04926996⟩
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