Identification d’un modèle de mesure au sol du diagramme de rayonnement des antennes installées sur aéronefs

Measurements of on-board antenna radiation patterns on the ground

• Auteur / Autrice : Cheick Diakite
• Direction : Claire Migliaccio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 14/03/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications
• Jury : Président / Présidente : Xavier Begaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Migliaccio, Xavier Begaud, Christine Letrou, Hervé Dutruc, Dominique Picard, Jérôme Lanteri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Begaud, Christine Letrou

Mots clés

Mots clés contrôlés

MATLAB (logiciel)

Filtrage du signal

Antennes (électronique)

Transports aériens

Mots clés libres

Porteurs

Antennes

Diagrammes de rayonnement

Mesures

Champ proche

Champ lointain

Décomposition en modes

Modes cylindriques

Filtrage

Matlab

Aircraft

Antennas

Radiation pattern

Measurement

Near field

Far field

Modes decomposition

Modal filtering

Matlab

Résumé

La détermination du diagramme de rayonnement d’une antenne installée sur un porteur est indispensable pour la validation des systèmes RF auxquels sont associées ces antennes. Lorsque l’antenne est placée sur le porteur, la structure rayonnante est formée par l’antenne et le porteur. Le diagramme doit être déterminé à grande distance de la source dans la zone de champ lointain. Suivant la fréquence de travail et la taille de la source rayonnante, cette distance peut être grande. Elle est par exemple de l’ordre 85m lorsque l’on cherche à caractériser à 88MHz une source rayonnante de dimension maximale 12m. Actuellement, cette distance de champ lointain, est obtenue lors des essais en vol au cours desquels l’aéronef est à 80km de la station sol relevant le diagramme. Cette méthode de caractérisation n’est pas tenable à long terme, en raison de son coût et des temps de mesure. C’est pourquoi Airbus Helicopter veut mettre en œuvre une mesure au sol mais ce dernier perturbe grandement le rayonnement. La méthode de caractérisation retenue permet d’effectuer les mesures au sol dans un espace réduit et permet de s’affranchir de l’influence du sol. La méthode retenue repose sur la caractérisation en champ proche dans une géométrie cylindrique, associée à une technique de correction de diagramme de rayonnement basée sur la décomposition de modes. La mesure champ proche requiert l’acquisition des données de champ proche sur une surface cylindrique, puis un algorithme de transformation développé en environnent MATLAB effectue le passage en champ lointain. Le champ lointain est décomposé en modes cylindriques, puis un filtrage modal est appliqué pour s’affranchir de l’influence du sol.

Aircraft antennas radiation pattern must be measured before radiofrequency systems deployment. When an antenna is on the aircraft, radiating structure is not only antenna element but it’s the set antenna and aircraft. Radiation pattern have to be determined at great distance from the radiating structure. This distance is located in area called far field area depending on the frequency of operation and the maximal size of the aircraft. For example, to measure an antenna on an aircraft of 12 m of long at 88 MHz; the far field area is at 85m.To get this distance, flight measurement is performed. During flight test, radiation pattern is determined by a ground station which is at 80 km of the aircraft. This method is very expensive and takes much time and causes serious delays on aircraft delivery. For these reasons Airbus Helicopters explores new innovative solution, like as radiation pattern measurement on the ground. The last one disturbs the radiation pattern. The proposed method allows to perform measurement in compact volume and cancel out the ground influence. Proposed solution is based on cylindrical near field measurement, and cylindrical modes decomposition. Near field data are scanned on cylinder surface, then an algorithm developed on MATLAB environment do near field to far field transformation. Cylindrical modes decomposition and modal filtering rid of ground reflections. Proposed solution has been validated numerically through comparison with electromagnetic simulator software results. Antenna measurement range in the laboratory has served to validate experimentally the proposed solution on a prototype in scale size.