Etude, conception et réalisation d’antennes compactes à polarisation circulaire : Optimisation des performances

Study, design and realization of circular polarized compact antennas : Optimizing performances

• Auteur / Autrice : Amro Abou-Zied Nour
• Direction : Thierry Monédière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 14/01/2016
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Dominique Cros
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Monédière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Cirio, Jean-Marc Ribero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de télécommunications à large bande

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Antennes plaquées

Polarization circulaire

Antennes de correction de microruban

Large bande

Multi bandes

GNSS

Planar antennas

Circular polarization

Microstrip patch antennas

Wideband

Multi-band

GNSS

Résumé

Les antennes à polarisation circulaire (CP) sont de plus en plus utilisées dans les systèmes de communications spatiaux et terrestres. Le besoin d’intégration est sans cesse plus important, il est donc nécessaire de proposer, de mettre au point des aériens toujours plus compacts et aux performances (adaptation, rayonnement, gain, efficacité, taux d’ellipticité) optimisées. L’objectif de cette thèse est donc de concevoir des antennes planaires, large bande ou multi-bande, à polarisation circulaire et aux performances optimisées. Afin d’atteindre ces objectifs, le travail a été divisée en plusieurs phase, allant de la conception d’une antenne CP à large bande jusqu’à la conception d’une antenne patch à polarisation circulaire tri bandes GNSS. Tout d’abord une étude bibliographique sur les antennes planaires a été faite. Celle-ci a permis de comparer leurs différentes performances, leurs avantages et inconvénients. Ensuite, une antenne patch CP à éléments parasites a été conçue fabriquée et mesurée. On s’est attaché à optimiser sa bande de fonctionnement. En tenant compte des études bibliographiques déjà faites, et en se basant sur la structure de l’antenne CP à large bande validée lors de la phase précédente, une nouvelle antenne plaquée CP GNSS tri bandes a également été conçue réalisée et mesurée. L’essentiel du travail a consisté à minimiser son encombrement tout en conservant des performances électromagnétiques satisfaisantes dans les trois bandes de fréquences objectifs : L2, E6 et L1. On s’est particulièrement attaché à obtenir un bon taux d’ellipticité sur une large ouverture rayonnante. La dernière étape de cette thèse a consisté à aller encore plus loin dans l’amélioration des performances de l’antenne CP GNSS multi bandes particulièrement en améliorant son efficacité. Une excitation par fente a finalement été utilisée après comparaison des performances obtenues via différentes techniques (alimentation coaxiale, fentes, etc…).

Circular polarized antennas (CP) are greatly used in space and terrestrial communication systems. Furthermore, the need for communication systems integration is increasingly important. Therefore, it is necessary to propose and develop more compact antenna design with optimized performance (adaptation, radiation, gain, efficiency, axial ratio).The objective of this thesis is to design planar antennas, broadband or multi-band, with circular polarization and optimized performances. To achieve these objectives, the work was divided into several stages, from the design of a wideband CP antenna to the design of a GNSS tri-band circular polarized patch antenna. Firstly, a literature study of planar antennas has been conducted. Different designs have been examined and contrasted to evaluate their performances. Secondly, a wideband CP patch antenna with parasitic elements has been designed manufactured and measured. It was sought to optimize its operating band. Considering the bibliographical study that was already carried out, and based on the wideband CP antenna structure that was validated during the previous phase, a new GNSS tri-band CP patch antenna was also designed, fabricated and measured. Most of the work was done on minimizing its size while maintaining satisfactory electromagnetic performance in the three required GNSS frequency bands : L2, E6 and L1. Special attention was directed towards getting a good axial ratio over a wide radiating aperture. The last phase of this thesis was to go even further in improving the CP GNSS multi-band antenna's performance, particularly by improving its efficiency. Excitation slots were finally used after a comparison was made between the different performances obtained through the different design techniques (coaxial feed, slots, etc ...).