Réduction du taux d’ondes stationnaire actif dans les grands réseaux d’antennes

Active voltage standing wave ratio mitigation in large phased arrays

• Auteur / Autrice : Rémy Lamey
• Direction : Cyrille Ménudier, Marc Thévenot, Olivier Maas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• 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 : Raphaël Gillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Ménudier, Marc Thévenot, Olivier Maas, Patrick Potier, Denis Barataud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Aubert, Xavier Begaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit radioélectrique

Antennes à balayage électronique

Antennes-réseaux

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Antenne à réseaux parasites entrelacés

Conception de grands réseaux d’antennes

Cellules unitaires

Forts dépointages

Éléments parasites

Modélisation de grands réseaux d’antennes

Interleaved parasitic arrays antenna

Large antenna arrays design

Unit cells

Wide-angle capacities

Parasitic elements

Large antenna arrays modelling

Résumé

Les taux d’ondes stationnaires actifs sont les principaux défis de tous les concepteurs de réseaux d’antennes à balayage électronique. Les causes sont à résoudre et son intrinsèquement liées aux couplages entre les éléments. Il est pourtant, encore aujourd’hui, très difficile de faire fi des problèmes qu’il cause sur les réseaux en entraînant une perte de puissance rayonnée ainsi qu’un important besoin de protection des chaînes d’émission/réception. Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur la définition d’une nouvelle méthodologie de conception de réseaux d’antennes, capable de réaliser de très forts dépointages, ainsi que sur l’étude d’une nouvelle architecture de cellule unitaire basée sur le concept d’antenne à réseaux parasites entrelacés. Après une mise en contexte et un rappel de l’état de l’art, des descriptions approfondies de la méthodologie et de ses concepts fondateurs sont décrits. Une mise en application est ensuite réalisée avec un démonstrateur afin de valider la mise en œuvre de la méthodologie. La modélisation fine des performances de grands réseaux basés sur cette architecture de cellule est ensuite donnée grâce à l’utilisation d’un formalisme de simulation autorisant le calcul des performances de très grands réseaux à partir d’un modèle périodique. Finalement, la modélisation d’une cellule complexe fonctionnant sur les deux polarisations est réalisée afin de montrer les potentiels qu’ouvrent ce nouveau concept.

The active voltage standing wave ratio problematics are a well-known phenomenon for all antenna arrays designers. Its causes are to be resolved and directly linked to the mutual coupling between the array elements. Yet today, itis still very difficult to get through the issues it causes on the array performances with loss in terms of radiated power and with the need of important protection for the transmit/receive chains. The work described in this manuscript is about the definition of a new design methodology for large active antenna arrays, with wide-angle steering capacities, and about the study of a new unit cell architecture based on the concept of Interleaved Parasitic Arrays Antenna. After putting things into context and giving a reminder of the literature, a deep description of the methodology is given with its core concepts. Then, an application of this concept is done with the design of a prototype with the goal of validating the methodology. The precise simulation of the performances of different very large arrays based on this cell architecture is detailed using a simulation formalism allowing the calculation of very large arrays performances through a periodic model. Eventually, the modeling of a complex cell working on the two polarization is described to show the possibilities given by this newly developed concept.