Antennes quasi-optiques reconfigurables à grande ouverture aux fréquences millimétriques

Quasi-optic reconfigurable antennas at millimetre-wave frequencies

• Auteur / Autrice : Hamza Kaouach
• Direction : Ronan Sauleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes millimétriques

Déphaseurs

Antennes à lentille

Antennes-réseaux

Résumé

Ce travail porte sur l’étude, la conception et la réalisation d’antennes de type réseau transmetteur. Le principe de ces antennes est basé sur un réseau de cellules élémentaires collectant le rayonnement d’une source primaire et le transmettant à l’espace libre avec une loi de phase et d’amplitude déterminée. Un état de l’art des réseaux réflecteurs et des réseaux transmetteurs est présenté afin de déterminer les performances et limitations actuelles de ces antennes. Une étude théorique est ensuite menée et a permis de développer un simulateur numérique. Celui-ci a été utilisé pour dimensionner, concevoir et simuler ce type d’antennes. Une étude générique complète sur les performances possibles d’un réseau transmetteur fournit des données sur l’influence des principaux paramètres de la structure et sur les compromis à réaliser. Plusieurs prototypes ont été conçus, réalisés et caractérisés. Le premier prototype en bande X présente un gain de 14,3 dBi et une bande passante de 1 GHz autour de 9,8 GHz mais un rendement faible de 12 %. Deux autres prototypes dans la même bande de fréquence ont été réalisés, un en polarisation linéaire et l’autre en polarisation circulaire, avec un gain de 23,4-24,3 dBi, une bande passante de 13-18% et un rendement de 50,4-48,4 %. Ces trois derniers prototypes permettent de dépointer le faisceau de plus de 30° par orientation de la source primaire. Enfin, plusieurs prototypes en bande V (60 GHz) ont été conçus et simulés. Ces derniers permettent d’atteindre un niveau de gain de 26,7 dBi et un rendement de 58 %.

This PhD thesis investigates the design and demonstration of transmit-array antennas. Those typically consist of a focal source illuminating a planar array of unit cells, each of them being composed of two radiating elements interconnected or coupled with phase-shifters and/or attenuators in order to generate a specific phase and amplitude distribution of the radiated field across the array. A state of the art on reflect-array and transmit-array antennas is presented in order to show current technologies and determine the performances and limitations of these antennas. A theoretical analysis of transmit-array antennas is presented and used to develop a numerical simulation tool. Next, this code has been used to investigate the general performances of transmit-arrays as a function of their main parameters. Several prototypes have been designed, fabricated and characterized. The first prototype at X-band achieves a gain of 14. 3 dBi and a wide frequency bandwidth of about 1 GHz but only 12 % of efficiency. Two others prototypes in the same band have been realized, one in linear polarization and the other in circular polarization, with 23. 4-24. 3 dBi gain, 13-18 % transmission bandwidth and 50. 4-48. 4 % efficiency. The beam-steering up to 30° has been demonstrated by shifting the focal source. Finally, several prototypes at V-band (60 GHz) have been designed and simulated. These prototypes can reach a gain of 26. 7 dBi and an efficiency of 58 %.