Antennes agiles pour la miniaturisation d'antenne large bande

par Abdul sattar Kaddour

Thèse de doctorat en Optique et radiofrequences

Sous la direction de Christophe Delaveaud.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) .


  • Résumé

    Ces dernières années, le secteur spatial connait des évolutions rapides (nouveaux acteurs, nouvelles technologies) qui tendent à réduire le coût des applications télécom et d'observation via des satellites défilants de plus petite taille. En particulier la réduction de la taille et du poids des antennes large bande à polarisation circulaire aux fréquences VHF-UHF constitue un enjeu majeur. Cependant la miniaturisation d'une antenne s'accompagne généralement d'une dégradation de son efficacité et de sa bande passante. Afin de contourner ce compromis, la technique d'agilité fréquentielle constitue une solution intéressante qui permet de maintenir les performances de l'antenne miniaturisée sur une sous bande qui peut être pilotée sur une excursion en fréquence plus large. L'antenne « dipôles magnéto-électriques croisées » DMEC basée sur le concept de la source de Huygens est retenue pour ces travaux. En effet, cette antenne fait partie des antennes large bande les plus compactes dont le rayonnement est uni-directionnel. Le premier objectif de cette thèse est d'étudier et de développer des techniques de miniaturisation originales de l'antenne. Le deuxième axe de recherche s'intéresse à l'agilité fréquentielle de l'antenne miniature initialement développée afin de couvrir plusieurs octaves. Plusieurs techniques de miniaturisation (repliement géométrique, ajout d'éléments discrets) se sont appuyées sur des simulations électromagnétiques, de la modélisation théorique et des expérimentations. Un prototype d'antenne compact actif dans la bande VHF est développé. L'épaisseur de l'antenne est réduite à 0,1λ. L'antenne couvre une bande passante de 94 MHz à 366 MHz avec de bande passante instantanée de 60%. Le gain maximal varie entre 5 et 10 dBic avec un taux d'ellipticité toujours inférieur à 2 dB.

  • Titre traduit

    Frequency agility technique for wideband antenna miniaturization


  • Résumé

    These past years, the space sector is experiencing rapid growth (new players, new technologies) that tend to reduce the cost of telecom and observation applications via smaller satellites. In particular, reducing the size and weight of circularly polarized broadband antennas at VHF-UHF frequencies is a major challenge. However the miniaturization of an antenna is generally accompanied by a degradation of its efficiency and its bandwidth. In order to overcome this problem, the frequency agility technique constitutes an interesting solution to maintain the performance of the miniaturized antenna on a sub-band that can be driven on a wider frequency tuning range. The "crossed magneto-electric dipole" antenna based on the Huygens source concept is chosen for this work. Indeed, this antenna is part of the most compact broadband antennas with excellent unidirectional radiation. The first objective of this thesis is to study and develop original miniaturization techniques of the antenna. The second area of research focuses on the frequency agility of the miniature antenna initially developed to cover several octaves. Several miniaturization techniques such as geometric folding and capacitive loading were developed based on electromagnetic simulations, theoretical modeling and experiments. A frequency-reconfigurable compact VHF antenna is developed and realized. The thickness of the antenna is reduced to 0.09λ. The antenna covers a band from 94 MHz to 366 MHz thanks to only two tuning states (60% instant bandwidth for each). The broadside gain varies between 5 and 10 dBic over frequency with an axial ratio always lower than 2 dB.