Topologie antennaire pour liaison Full-Duplex Inter-NanoSat

Antenna design for Full-Duplex Inter-Nanosat Link

• Auteur / Autrice : Allan Pen
• Direction : André Pérennec, Marc Le Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 24/06/2021
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Yann Deval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Pérennec, Marc Le Roy, Yann Deval, Philippe Ferrari, Elias Rachid, Sawsan Sadek-Hage Chehade, Raafat Lababidi, Denis Le Jeune
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Ferrari, Elias Rachid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brouillage électromagnétique

Antennes (électronique)

Communications par satellite

Mots clés libres

Full-Duplex

Annulation de l’auto-interférence

Liaison inter-satellite

CubeSat

Réseau d’antennes

Full-Duplex

Self-Interference Cancellation

Simultaneous Transmit And Receive (STAR)

Inter Satellite Link

Antenna array

Résumé

Ce travail de thèse, réalisé au Lab−STICC, en partenariat avec le CNES et l’entreprise Syrlinks, porte sur l’étude de faisabilité d’une communication Full-Duplex (FD) pour une liaison inter-satellite. Cette étude cible la conception et le développement de dispositifs Full-Duplex du front-end RF, dédiés aux satellites CubeSats. Le principal objectif consiste à supprimer le phénomène d’autointerférence ou Self-Interference (SI) en isolant la partie réception de celle de la transmission à partir de topologies d’antennes innovantes. Pour cet étage RF/antennaire, des solutions passives de découplage des antennes sont privilégiées. Un état de l’art présente les différentes techniques existantes pour cet étage afin de répondre aux exigences CubeSats pour du FD. De façon générale, les solutions d’isolation TX/RX par découplage des antennes proposées dans la littérature ne permettent pas un comportement identique du lobe de rayonnement principal en réception et transmission. Une topologie innovante a été réalisée pour émettre et recevoir dans la même direction tout en annulant en champ proche la SI en RX. Le réseau d’antennes comporte quatre éléments répartis selon une rotation géométrique séquentielle de 90°. Un déphasage de 180° est alors introduit entre les paires d’éléments TX et aussi en RX grâce à des baluns. Deux étapes d’annulation de la SIper mettent alors d’atteindre une isolation importante entre les deux voies d’environ 60 dB.Plusieurs démonstrateurs intermédiaires ont été réalisés et testés et ont permis de valider la topologie mise en oeuvre. Ces démonstrateurs ont servi de référence afin d’augmenter le gain et la qualité de polarisation en vue de proposer un système complet à même de répondre aux spécifications d’une liaison inter-CubeSat FD.

This thesis, conducted at Lab−STICC in collaboration with CNES and Syrlinks, concerns the study of feasibility for aInter-satellite Link Full-Duplex communication.The focus of this study, design, and development pertains to Full-Duplex at the RF stage and for CubeSat applications. More specifically, the study targets the mitigation of the high self-interference (SI) due to the highpower transmit (TX) signal interfering into the receive (RX) path. The main objective of the study consists of isolating the two paths withspecific antenna topologies. At theRF/antenna stage, passive decoupling of the antennas is considered. A state-of-the-art presents existing techniques for this stage to apply for CubeSat. In general, the current solutions for Self-Interference Cancellation do not allow the signals to be transmitted or received in the same direction. An innovative topology has been constructed to transmit andr eceive in the same direction and also cancel the SI at the near field level. The antenna network is composed of four elements respectively geometrically shifted of 90° from one to each other. Each antenna pair (TX andRX) is fed with opposite phase by using baluns. Those two steps of SIC bring a highisolation level of about 60 dB between the RXand TX paths. Several proof-of-conceptsystems have been designed and validated and further improved in order to put forward acomplete system with improved performancesin gain and quality of polarization as requiredby the specifications of inter-CubeSat FD link.