Antenne multi-bandes à résonateur diélectrique et dépointage de faisceau pour applications automobiles

Multiband DRA for automotive applications with beam steering

• Auteur / Autrice : Tzu-Ling Chiu
• Direction : Thierry Monédière, Olivier Pajona
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 19/12/2017
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Valérie Madrangeas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Monédière, Laure Huitema, Laurent Desclos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ala Sharaiha, Fabien Ferrero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles

Résonateurs diélectriques

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

LTE (norme)

Antennes à balayage électronique

Mots clés libres

Antenne agile

Dépointage de faisceau

Applications automobiles

Antenne à résonateur diélectrique

Déphaseur

MIMO

Antenne pour LTE

Active steering

Beamforming

Automotive applications

Dielectric resonator antennas (DRAs)

Phase shifter

MIMO

LTE antenna

Résumé

Les antennes à pointage électronique présentent des avantages significatifs dans les systèmes de communication sans fil. Malgré cela elles ne sont toujours pas implantées dans l'industrie automobile. En effet, l'espace limité et le toit en grande partie métallique freinent l’utilisation de ces aériens dans ce contexte contraint. De nombreux défis restent à relever pour concevoir un système efficace, peu encombrant, faible coût et permettant de rayonner sur 360°. L’objectif de cette thèse est donc la mise au point d’une antenne à balayage électronique pour application automobile fonctionnant dans la bande LTE. Un système de «type MIMO » est proposé. Une antenne à résonateur diélectrique efficace, multi-bandes et efficace est conçue selon une procédure de développement spécifique. Un déphaseur accordable est également mis au point et réalisé. Il utilise des commutateurs et un condensateur variable. Un déphasage de 360 degrés est obtenu, le dispositif est commandé électriquement. L’antenne et le déphaseur sont ensuite associés dans un système complet fonctionnant dans la bande LTE. Celui-ci utilise deux antennes identiques, une seule étant alimentée. Ce système complet est mesuré seul et sur le véhicule. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent d’envisager, moyennant quelques améliorations, une exploitation industrielle. Les études menées pour aboutir à ce dispositif sont détaillées dans le manuscrit.

Even though beam steering technology has significant advantages in wireless communication systems, it is still not implemented in the automotive industry. Indeed, the limited space and the large metal sheet on the rooftop are the challenges for such system. This thesis is focused on the design of the LTE beam steering antenna based on a MIMO system for an automotive environment. An appropriate multiband, efficient and compact Dielectric Resonator Antenna is conceived using a specific development procedure. Also, a tunable phase shifter is designed and realized with switches and a variable capacitor. It has 360 degrees phase shift and can be electrically controlled. The proposed DRA and phase shifter are integrated in a global antenna system for automotive application in the LTE band. We finally propose a MIMO system with an active beam steering radiation pattern. It is very compact and can be implemented on the vehicle rooftop. Using the proposed phase shifter, a beam steering antenna is obtained with a global coverage close to 360� for the antenna alone or on the vehicle. Measurements are made in the using context of the antenna. Finally, the developed system is, with some improvement, powerful for powerful enough for "commercial" automotive applications. The studies carried out to develop this antenna are detailed in this manuscript.