Dielectric resonator antenna reflectarrays : design and characterization in Ka-band

• Auteur / Autrice : Mohd Haizal Jamaluddin
• Direction : Raphaël Gillard, 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

Couplage, Théorie du

Ondes millimétriques

Résonateurs diélectriques

Antennes à réseau réflecteur

Résumé

Les antennes à réseaux réflecteurs combinent les avantages des antennes imprimées et des antennes à réflecteurs. Elles comportent un ensemble de cellules unitaires déphaseuses dont les paramètres électriques ou géométriques sont ajustés pour que l’onde incidente soit re-rayonnée dans une direction donne��e. Aujourd’hui, la plupart des réseaux réflecteurs sont réalisés en technologie microruban. Cependant, en ondes millimétriques, les pertes métalliques deviennent importantes, et le rendement d’antenne est ainsi dégradé. Une solution attractive consiste alors à utiliser des antennes à résonateurs diélectriques (DRA) comme éléments de base des cellules unitaires. En effet, les DRA possèdent de faibles pertes et ont une bande passante relativement large. En outre, le couplage mutuel est en général relativement faible. Dans ce travail de thèse, nous avons tout d’abord analysé et comparé plusieurs configurations de cellules unitaires à base de DRA en bande Ka. En particulier, une nouvelle topologie de cellule a en été proposée : elle consiste à imprimer une piste métallique de longueur variable sur la face supérieure d’un DRA. Cette cellule possède de faibles pertes. Les résultats numériques ont été validés expérimentalement en bande C. Puis l’impact du couplage mutuel entre cellules unitaires a également été étudié dans le contexte des réseaux réflecteurs. Enfin, un réseau réflecteur monolithique a été conçu, fabriqué et caractérisé au voisinage de 30 GHz. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de valider avec succès l’ensemble des étapes du travail. Le gain d’antenne atteint 28,3dBi et la bande passante à -1dB est de 5,2%.

Reflectarray antennas combine some of the best features of printed antenna arrays and reflector antennas. The reflectarray concept is based on the scattering properties of individual cells. By varying the parameters of each unit cell, the required phase shift can be obtained, and the incident beam is scattered in a given direction. At the present time, many reflectarrays configurations are based on microstrip technology. Nevertheless, at millimeter waves, the conductor loss becomes severe, and the efficiency of the antenna is reduced significantly. An attractive solution is to use dielectric resonator antennas (DRA) as the reflectarray unit-cells. In fact, the DRA exhibits low loss and a relatively large bandwidth. In addition, the mutual coupling effect is generally small. In this thesis work, firstly we have analyzed and compared several configurations of DRA-based unit-cells in Ka-band. A new topology has been proposed: it consists of a DRA loaded with a parasitic metallic strip. This unit-cell gives low loss. The numerical results have been validated experimentally in C-band. Next, the impact of mutual coupling has been studied in the reflectarray. Finally, a monolithic reflectarray has been designed, fabricated and measured at 30 GHz. The obtained experimental results permit to validate successfully all the working process. This reflectarray exhibits a 28. 3dBi gain with -1dB radiation bandwidth of 5. 2%.