Antennes et circuits reconfigurables à bases de matériaux artificiels contrôlables

Reconfigurable antennas and circuits based on controllable artificial materials

• Auteur / Autrice : David René-Loxq
• Direction : Olivier Lafond, Mohammed Himdi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 10/07/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Langis Roy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Delhote, Divitha Seetharamdoo‎
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Le Thuc, Zouheir Riah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes adaptatifs (technologie)

Antennes à lentille

Mots clés libres

Antennes

Circuits

Reconfigurable

Matériaux artificiels

Antennas

Circuits

Reconfigurable

Artifical materials

Résumé

Les systèmes modernes de communication sans fil nécessitent des composants haute fréquence qui peuvent être reconfigurés dynamiquement afin de modifier leurs performances. En général, un dispositif reconfigurable est associé à une fonction unique, qui peut être modifiée ou contrôlée. Ce doctorat commence par une technologie, le "Field Programmable Microwave Substrate (FPMS)". Le FPMS est constitué de cellules unitaires qui peuvent être reconfigurées individuellement afin de contrôler localement la constante diélectrique du matériau, elle peut varier d'une valeur positive à une valeur négative. La programmation de matériaux positifs pris en sandwich entre deux matériaux négatifs permet de créer un guide d'ondes artificiel. Les travaux présentés dans cette thèse concernent l'amélioration de la technologie FPMS. Une nouvelle carte FPMS est proposée permettant d'augmenter la fréquence de travail de 1-3GHz à 10-15GHz. Des antennes reconfigurables sont également conçues à l'aide de la technologie FPMS. Dans la bande X, une antenne à ondes de fuite est proposée, dont la direction du faisceau principal peut être contrôlée, à une fréquence fixe, grâce à l'utilisation de la technologie FPMS. Le concept FPMS a été poussé jusqu'à 25-30GHz, afin de développer des antennes lentilles inhomogènes reconfigurables, l'idée est d'utiliser la capacité de la technologie FPMS à contrôler localement la constante diélectrique afin de synthétiser la loi d'indice de la lentille.

Modern wireless communication systems require high-frequency components that can be reconfigured dynamically to modify their performance. Usually, a reconfigurable device has a single function associated with it, but this function can be altered or controlled. This Ph.D. starts with one technology, the "Field Programmable Microwave Substrate (FPMS)." The FPMS consists of small unit cells that can be individually reconfigured to a range of positive or negative dielectric constants. Programming positive materials sandwiched between two negative materials results in a slab waveguide that behaves like a substrate-integrated waveguide. The work presented in this thesis concern the improvement of the FPMS technology: loss reduction, increasing the working frequency, and bandwidth. A new FPMS board is proposed allowing to increase the working from 1-3GHz to 10-15GHz. Using the FPMS technology, reconfigurable antennas are also designed. In the X-Band, a leaky wave antenna is proposed; thanks to the use of FPMS technology, electronic beam steering is achieved at a fixed frequency. The FPMS concept has been pushed up to 25-30GHz, to develop reconfigurable inhomogeneous lens antennas; the idea is to use the local dielectric constant reconfigurability offered by the FPMS technology to synthesize the index law of the lens.