Mise en œuvre de formalismes pour la modélisation de grands réseaux périodiques d'antennes

Implementation of formalisms for the modeling of large periodic antenna arrays

• Auteur / Autrice : Amel Maati
• Direction : Thierry Monédière, Cyrille Ménudier, Marc Thévenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 24/01/2018
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Claire Migliaccio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Monédière, Cyrille Ménudier, Marc Thévenot, Claire Migliaccio, Maxime Romier, Alain Karas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Aubert, Raphaël Gillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matrice S, Théorie de la

Formalisme (mathématiques)

Antennes-réseaux

Mots clés libres

Modélisation

Réseau d'antennes

Couplage mutuel

Conditions aux limites périodiques

Coefficients de réflexion actifs

Matrice [S]

Modeling

Antenna arrays

Mutual coupling

Periodic boundary conditions

Active reflection coefficient

[S] matrix

Résumé

Cette thèse se place dans le contexte général de la modélisation de réseaux d’antennes de grande taille, avec pour objectif d’atteindre un niveau de précision suffisamment élevé pour permettre une optimisation complète des performances et en particulier une amélioration de l’efficacité énergétique. Partant du constat que l’optimisation électromagnétique de grands réseaux représente un verrou si les couplages doivent être modélisés efficacement, cette thèse propose la mise en œuvre d’une méthode permettant la modélisation fine de grands réseaux d'antennes tout en réduisant les temps de calcul et en conservant un haut degré de précision. L'objectif est de montrer qu'une approche dérivée des formalismes périodiques infinis connus de la littérature permet d'obtenir une matrice [S] complète d'un réseau depuis l'étude d'une cellule unitaire. Après avoir présenté un état de l'art sur les réseaux d'antennes et leurs méthodes d'analyse, l'approche de modélisation proposée est détaillée. Des véhicules de test numériques et expérimentaux, permettant de valider cette méthode de modélisation, sont ensuite réalisés. L'approche est enfin utilisée avec succès pour deux types d'application.

This thesis is organized in the general context of modeling a large antenna arrays with the aim of achieving a high level of precision. This modeling allows a complete optimization of the performances and an enhancement of the energy efficiency. Given that the electromagnetic optimization of large arrays still represents a challenge if the mutual coupling is not efficiently modeled. This work offers the implementation of a method allowing the precise modeling of large antenna arrays while reducing the computation time and maintaining a high degree of precision. The aim is to demonstrate that the derived approach from the infinite periodic formalisms makes it possible to obtain a full [S] matrix of an array based on the study of a unit cell. After presenting a state of the art of antenna arrays and their methods of analysis, the proposed modeling approach is explained. Numerical and Experimental demonstrators are then made for the validation. Finally, this method is successfully used for two types of applications.