Développement de modèles et d'outils de cosimulation EM/Circuit pour application aux antennes agiles actives

par Georges Zakka el Nashef

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Thierry Monédière.

Soutenue en 2010

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Les antennes actives ont pour particularité d'associer à l'émission d'amplificateurs de puissance à proximité d'éléments rayonnants. Leur mise en réseau offre beaucoup d'avantages pour la chaîne d'émission, comme la formation de faisceau, la création de zéros de rayonnement, de faisceaux dépointés avec augmentation de directivité, mais le couplage entre antennes entraîne leur désadaptation et la dégradation du rayonnement du réseau. Ce manuscrit présente un ensemble de démarches adaptées afin de quantifier cet inconvénient majeur. La première partie est consacrée à la problématique du couplage au sein des réseaux d'antennes. Ce couplage induit des variations de charge qui modifient le comportement des amplificateurs et impactent les performances globales de l'antenne. Afin de prendre en compte cet effet, un outil de simulation pour antennes passives a été développé. Cette partie est illustrée avec la conception, la réalisation et la mesure de différents prototypes. La deuxième partie concerne la modélisation bilatérale comportementale d'amplificateurs de puissance pour répondre à la problématique de désadaptation de charge. Un modèle a donc été développé pour prendre en compte des fortes désadaptations de charges (TOS 4), puis validé avec des résultats de mesures. Finalement, un démonstrateur actif comprenant à la fois amplificateurs et réseau d'antennes a été réalisé dans le but de valider ces deux formalismes, et permet de présenter une première approche de cosimulation d'antennes actives tenant compte de tous les effets décrits.

  • Titre traduit

    Development of EM/Circuit cosimulation models and tools for active agile antennas application


  • Résumé

    Active antennas have the distinctive feature of having, for transmission mode, high power amplifiers located at the vicinity of the radiating elements. An active array of antennas offers lots of advantages to TX systems, such as beamforming, nulling patterns, beam steering and directivity enhancement, but coupling between antennas leads to output impedance mismatching and degradation of the radiation pattern. This manuscript develops a set of methods to address this major drawback. The first part is devoted to the mutual coupling problem in antenna arrays. This mutual coupling can lead to load variations at the amplifiers output, which might affect their transfer characteristics and modify the overall performance of the array. In order to overcome this coupling effect, a simulation tool for passive antennas has been developed. This part is illustrated with the design, implementation and measurement of different prototypes. A second part concerns the behavioural modelling (X- parameters) of power amplifiers, in order to solve the mismatching problem for the power amplifiers. A bilateral behavioural model of power amplifiers has thus been developed and it will eventually be able to take into account strong load mismatch (VSWR = 4). The comparison between the power amplifier model and the measurements show an excellent agreement. Finally, an active antenna prototype including power amplifiers and antennas array has been built in order to validate both theoretical concepts, and shows a first approach of active antennas cosimulation, taking into account all the mentioned effects.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Annexes : Bibliographie, 18 p.

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
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