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| Robust multiplexed antenna architectures for wireless communication and sensing in smart insoles (Architectures d'antennes multiplexées robustes pour la communication sans fil et la détection dans les semelles intelligentes) Quéguiner, Lorette - (2025-12-05) / Université de Rennes Robust multiplexed antenna architectures for wireless communication and sensing in smart insoles
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Nikolayev, Denys; Sauleau, Ronan Discipline : Électronique Laboratoire : IETR Ecole Doctorale : MATISSE Classification : Sciences de l'ingénieur Mots-clés : Antennes on-body, semelles connectées, analyse de la marche, propagation electromagnetique, modelisation
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Résumé : L’intégration de systèmes électroniques dans les chaussures apparaît comme une solution prometteuse pour l’analyse non invasive de la marche. Les semelles connectées, qui embarquent des capteurs de pression et des unités de mesure inertielle (IMU), fournissent des données précieuses pour des applications dans le sport, la rééducation et la santé. Au cœur de ces systèmes se trouve l’antenne, qui doit fonctionner dans un environnement fortement contraint : structures fines et flexibles, proximité du corps humain, des textiles et du sol. Ces conditions posent de nombreux défis au design d’antennes, incluant une forte absorption, un désaccord d’impédance et une baisse d’efficacité de rayonnement. La dynamique de la marche ajoute une complexité supplémentaire, avec des variations de hauteur, de polarisation et de couplage au sol à chaque pas. L’efficacité énergétique est également critique, car les batteries embarquées doivent rester petites et légères. Au-delà de la communication, les semelles connectées doivent permettre des mesures fiables, comme la longueur de pas, un paramètre clé de l’analyse avancée de la marche. Cette thèse répond à ces défis par la conception d’antennes robustes à 2,45 GHz pour le Bluetooth Low Energy. Nous caractérisons les propriétés électromagnétiques des sols, textiles et tissus humains, proposons des modèles multicouches simplifiés pour des simulations efficaces, et étudions les effets de polarisation et de propagation. Les résultats apportent une caractérisation systématique de l’environnement, des méthodes de modélisation pratiques et des designs d’antennes validés, ouvrant la voie à de nouvelles générations de semelles connectées pour la santé, le sport et les usages quotidiens. Abstract : The integration of electronics into footwear has become a promising solution for non-invasive gait monitoring. Smart insoles, embedding pressure sensors and inertial measurement units (IMUs), provide valuable on-body data for applications in sports, rehabilitation, and healthcare. At the core of these systems lies the antenna, which must operate in a highly constrained environment: thin and flexible structures, close to the human body, textiles, and the ground. Such conditions pose challenges for antenna design, including strong absorption, detuning, and reduced radiation efficiency. Walking dynamics add further complexity, as antenna height, polarization, and ground coupling vary with each step. Energy efficiency is also critical, since embedded batteries must remain small and lightweight. Beyond communication, smart insoles must enable precise sensing, such as step length estimation, a key metric in advanced gait analysis. This thesis addresses these challenges through robust antenna design at 2.45 GHz for BLE. We characterize the electromagnetic properties of soils, textiles, and human tissues, propose simplified multilayer models for efficient simulation, and investigate polarization and propagation effects. The results contribute systematic environmental characterization, practical modeling methods, and validated antenna designs, paving the way for advanced smart insole technologies in healthcare, sports, and everyday use. | |||