Low-profile, ultra wideband and dual polarized antennas and feeding systems

• Auteur / Autrice : Mohammad Vahdani
• Direction : Xavier Begaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Communication ultra large bande

Antennes (électronique)

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est de concevoir et d’analyser des antennes associées à des systèmes d’alimentations compacts à bande passante voisine ou supérieure à l’octave et à double polarisation. Cette étude a été effectuée au département COMELEC de TELECOM ParisTech sous la direction de Xavier Begaud. Aujourd’hui dans les systèmes télécommunication sans fil, il y a trois demandes croissantes: Premièrement on a besoin d’émetteurs/récepteurs large bande pour augmenter le débit d’information. Deuxièmement pour des raisons d’esthétique et portabilité, il est nécessaire de concevoir des antennes très compactes et de faible-encombrement. Enfin dans les systèmes télécommunications sans fil notamment, les antennes de stations de base avec deux polarisations orthogonales peuvent aussi permettre d'augmenter la performance des systèmes. On a besoin de systèmes d’alimentations avec ces trois caractéristiques : ultra-large bande, double polarisation et faible encombrement. Afin de valider les performances de ces systèmes d’alimentations, des antennes avec des caractéristiques compatibles ont été étudiées. Durant le déroulement de la thèse, on a parcouru les étapes suivantes : dans la première étape, un système d’alimentation ultra large bande à simple polarisation 3D a été réalisé. Dans la deuxième étape nous l’avons fait évoluer vers une structure à double polarisation. Finalement, une configuration intégrée à double polarisation a été conçue et réalisée. Cette dernière partie est le cœur de mon travail et les parties précédentes ont été conduites pour aboutir à cette configuration intégrée. Il faut noter que dans ce travail, l’expression « large bande ou ultra large bande (ULB ou UWB : Ultra Wide Band) » se réfère à une bande de fréquence voisine ou supérieure à une octave pour un module du coefficient réflexion inférieur à -10 dB.

The main objective of this thesis is to obtain a wideband feeding system compatible with compact wideband antenna geometries with dual polarization properties. These feeding systems are designed according to the antenna performance and their structural nature. This thesis has two main goals that are presented in 4 chapters: First of all the dissertation investigates the planar wideband feeding systems to implement on desired dual polarized antenna geometries with these properties: the ability of field matching between an unbalanced and a balanced structure in wide frequency bandwidth, the ability of impedance transforming between the coaxial cable with 50 Ω and a desired antenna input impedance in wide frequency bandwidth, integrated form to connect simply to planar antenna structures with simple design for fabrication, the ability of obtaining the dual polarization properties. Moreover the thesis investigates planar, low-profile and wideband antenna which can be used in dual polarization modes. The objective of this part of thesis is to design an antenna structure with these properties: wide impedance frequency bandwidth in UWB, dual polarization radiation with cross polarization level better than -10 dB in the entire frequency bandwidth, compact and integrated form useful for modern UWB application. Our investigations on compact wideband antenna show that in order to obtain a planar wideband antenna with dual polarization characteristics, the best candidates are sinuous antenna configuration and bow-tie antenna geometry.