Modélisation et conception de nouvelles cellules élémentaires et sources primaires pour réseaux réflecteurs en bande millimétrique

Modeling and design of new elementary cells and primary sources for reflectarrays in millimeter

• Auteur / Autrice : Jérôme Lanteri
• Direction : Jean-Yves Dauvignac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Antennes à réflecteur

Antennes (électronique)

Résumé

Ces dernières années, le LEAT a travaillé sur des systèmes radars d'aide à la conduite (automobile) ou pour la détection de câbles haute tension (sécurité en vol pour hélicoptères) en bande millimétrique. Classiquement, les antennes utilisées sont des réflecteurs paraboliques offrant de très bonne performances mais coûteux. Une alternative en circuit imprimée faible coût a été développée ces dernières années: les reflectarrays. Nous nous sommes attachés à développer un programme de modélisation permettant d'obtenir rapidement une bonne approximation du diagramme de rayonnement des antennes réflecteurs. Cet outil permet de simuler et de prévoir le comportement des réflecteurs de grande taille contrairement aux logiciels commerciaux qui nécessitent des ressources informatiques importantes. Les antennes à grand gain sont souvent destinées à effectuer du balayage. Dans ce cas, il est important de minimiser les premiers lobes secondaires. La solution que nous avons proposée consiste à développer une source primaire possédant un diagramme qui permette de concentrer 99% de l'énergie dans le lobe principale du diagramme et ainsi permettre de fortement diminuer les lobes secondaires par rapport aux sources classiquement utilisées ( diminution de près de 15 dB). Afin d'améliorer les performances des reflectarrays en terme de gain et de dépointage, nous avons utilisé une taille de cellules réduite offrant ainsi une meilleure correction de phase. Sur des réflecteurs de petite taille, on constate une amélioration de 3 dB sur le gain et une perte de gain de 1 dB contre 3 pour un dépointage de 60° avec des cellules classiques.

These last years, LEAT worked on systems radars of help for the detection of cables of high voltage (security in theft for helicopters) in millimetre band. Traditionally, the used antennas are parabolic reflectors giving of very good performances but costly. An less expensive alternative in circuit printed was developed these last years : reflectarrays. We develop a program of modelling allowing to acquire fast a good approximation of the radiation pattern of reflectors antennas. This tool allows to simulate and to envisage the behavior of the large reflectors contrary to the commercial software which require important computer means. High gain antennas are often used to perform beam scanning. In that case, it is important to minimize the first side-lobes. The solution which we offered consists in developing a primary source having a diagram which allows to concentrate 99 % of energy in the lobe main of the diagram and so allow to reduce strongly the side-lobe level in comparison with sources traditionally used (reduction of about 15 dB). To improve the performances of reflectarrays in term of gain and beam scanning, we used a reduced size of cells giving so a better phase correction. For small size reflectors, an improvement of 3 dB on gain is observed and a gain loss of 1 dB versus 3 dB for a beam scanning of 60 ° with classical cells.