Méthodes de conception de réseaux réflecteurs bifréquences exploitant la cellule Phoenix - Validation expérimentale en bande K/Ka

Design methods for dual-frequency reflectarrays using the Phoenix cell - K/Ka band experimental validation

• Auteur / Autrice : Guillaume Courtin
• Direction : Raphaël Gillard, Renaud Loison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 15/03/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Begaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Gillard, Renaud Loison, Xavier Begaud, Thierry Monédière, Jean-Lou Dubard, Priscillia Daquin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Begaud, Thierry Monédière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radio -- Interférence

Radiofréquences

Antennes à réseau réflecteur

Mots clés libres

Réseaux réflecteurs

Bifréquences

Bande K/Ka

Cellules Phoenix

Résonances parasites

Méthodes de synthèse

Reflectarrays

Dual-frequency

K/Ka band

Phoenix Cells

Parasitic resonances

Synthesis methods

Résumé

Cette thèse s’intéresse au développement de la technologie des antennes à réseau réflecteur (RA) passif pour les communications par satellites bibandes. Le principe des RA consiste à renvoyer les ondes d’une source primaire vers une direction choisie grâce à une combinaison de motifs métalliques imprimés sur le réflecteur. À cause des contraintes de l’environnement spatial, on privilégie les solutions constituées d’une seule couche de métallisation, ce qui rend la réalisation de RA bifréquences véritablement complexe. Dans cette thèse, on propose d’exploiter les cellules Phoenix (CP) pour contrôler le rayonnement en bande K/Ka (à 19 et 29 GHz). Après avoir démontré les potentialités de la CP d’ordre 1 à 4 pour ce type d’application, et mené une étude théorique pour interpréter les résonances parasites observées dans des réseaux périodiques formés à partir de telles cellules, différentes stratégies de synthèse ont été étudiées. Une méthodologie de synthèse a été établie, reposant sur l’application de « filtres » pour limiter les pertes et les trop fortes variations géométriques sur l’ouverture rayonnante. Deux réseaux réflecteurs en bande K/Ka ont été conçus et fabriqués, et démontrent le potentiel des CP pour les applications bibandes.

This thesis focuses on the development of passive reflectarray antennas (RA) technology for dual-band satellite communications. The principle of RA is to reflect waves from a primary source to a chosen direction using a combination of metallic patterns printed on the reflector. Due to the constraints of the space environment, single layer metallization solutions are preferred, which makes the realization of dual-frequency RA quite complex. In this thesis, it is proposed to exploit Phoenix cells (PC) to control radiation in the K/Ka band (at 19 and 29 GHz). After demonstrating the potential of the 1st to 4th order CP for this type of application, and conducting a theoretical study to interpret the spurious resonances observed in periodic arrays formed from such cells, different synthesis strategies have been studied. A synthesis methodology was established, based on the application of "filters" to limit losses and excessive geometrical variations in the radiating aperture. Two K/Ka band RA have been designed and fabricated, demonstrating the potential of CP for dualband applications.