Conception d'antennes à réseaux transmetteurs à dépointage et formation de faisceau

par Antonio Clemente

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Ronan Sauleau.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'étude, la conception et la réalisation d'antennes à réseau transmetteur à reconfiguration électronique de faisceau. Un réseau transmetteur se compose d'une ou plusieurs sources focales qui illuminent un réseau de cellules élémentaires. La puissance incidente sur le réseau est transmise dans l'espace libre comme dans le cas d'une lentille. Des déphaseurs sont intégrés sur le réseau afin de contrôler la distribution de phase sur l'ouverture de l'antenne. En modifiant cette distribution de phase, nous pouvons générer un faisceau dans une direction donnée et/ou synthétiser un diagramme avec un gabarit défini. Les performances théoriques des réseaux transmetteurs sont analysées en détail en utilisant un simulateur numérique ad hoc basé sur un modèle analytique. Une technique pour la réduction de la distance focale basée sur l'utilisation de plusieurs sources focales et une méthode de réduction des pertes par débordement en utilisant une source focale à faisceau formé sont aussi présentées. Un prototype de réseau transmetteur à reconfiguration électronique de faisceau en bande X a été conçu, réalisé et caractérisé. Ce prototype, en polarisation linéaire, se compose de 20×20 cellules élémentaires. 800 diodes PIN ont été intégrées sur ce réseau afin de contrôler la phase de transmission de chaque élément rayonnant. Un gain maximal dans l'axe de 22,7 dBi, une bande passante de 1,56 GHz (15,6% à 10 GHz), un rendement total de 52,9% et une capacité de dépointage 2D de ±70° ont été mesurés. Enfin la possibilité d'utiliser des interrupteurs MEMS pour réduire les pertes d'insertion de la cellule élémentaire et la consommation totale de puissance a été étudiée.

  • Titre traduit

    Design of transmit-array antennas for beam-steering and beam-forming applications


  • Résumé

    This PhD thesis investigates the design and realisation of electronically reconfigurable transmit-array antennas. A transmit-array is composed of one or more focal sources illuminating a first antenna array operating in receive mode and connected, using phase-shift elements, to a second antenna array operating in transmission mode. The incident power received on the first array, as in the case of a lens, is transmitted in the free space and can be focused or collimated by tuning the transmission phase of the unit-cells in order to obtain a specific phase distribution across the array aperture. Beam-steering and beam-forming can be achieved using electronically tunable unit-cells. A theoretical study of transmit-arrays performances has been carried out using an in-house CAD tool based on analytical formulas. The reduction of the focal distance using multiple feeds and the reduction of the spill-over losses using a beam-formed focal source have been investigated as well. A linearly-polarized electronically reconfigurable transmit-array at X-band frequencies has been designed and demonstrated. This prototype is composed of 20×20 unit-cells. 800 PIN diodes have been integrated on the array in order to control the transmission phase of each unit-cell. A maximum broadside gain of 22,7 dBi, a bandwidth of 1,56 GHz (15,6% at 10 GHz), a total efficiency of 52,9% , and a 2D beam-steering capability of ±70% have been measured. Finally, the use of RF-MEMS switches to reduce the unit-cell insertion losses and the transmit-array total power consumption has been investigated.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/94
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