Étude et conception de matrices d'alimentation multifaisceaux pour réseaux à rayonnement direct ou dans le plan focal d'un réflecteur

Study and design of multibeam feed networks for direct radiating arrays or arrays in the focal plane of a reflector

• Auteur / Autrice : Céline Leclerc
• Direction : Hervé Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-ondes, électromagnétisme et opto-électronique
• Date : Soutenance le 24/10/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS

Mots clés

Mots clés libres

Antenne

Matrices d'alimentation

Matrice de Butler

Multifaisceaux

Réseau d'antennes

Antenna

Feed networks

Butler matrix

Multibeam

Antennas array

Distribution circuit

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse dans un premier temps à des matrices d'alimentation de type passif connues qui permettent de produire des faisceaux orthogonaux, et notamment à la matrice de Butler. On s'aperçoit qu'il n'existe qu'une méthode itérative permettant de déterminer les paramètres S d'une matrice de Butler symétrique. C'est pourquoi, on cherche à déterminer de manière analytique la matrice [S] d'une matrice de Butler symétrique à N = 2^n entrées et N sorties. On établit des formules de récurrence issues de l'étude de ce type de matrices pour plusieurs tailles. Des formules analytiques en sont déduites qui sont valables quelle que soit la valeur de N. On poursuit l'étude des matrices d'alimentation de réseau d'antennes en s'intéressant à la source focale d'une antenne multifaisceaux devant réflecteur basée sur une géométrie originale constituée de coupleurs directionnels tridimensionnels entrelacés. Cette structure est simulée. Ses nombreux paramètres sont optimisés afin d'aboutir à une solution répondant au cahier des charges. Une maquette est réalisée et testée. Les résultats obtenus sont prometteurs. Au final, cette source possède l'avantage d'avoir un fort niveau de réutilisation de ses éléments rayonnants et donc de limiter l'encombrement du système global qui est souvent un point critique, dans les satellites notamment. Pour finir, on s'intéresse à une structure dont le but est d'avoir une station au sol capable de suivre une cible sans dépointage. La poursuite en azimut est assurée par une partie mécanique, de type joint tournant ; celle en élévation par un module électronique. Le système se doit d'être compact, fiable, et de limiter les pertes ainsi que les coûts. Des compromis sont donc à effectuer. La partie rayonnante est réalisée en guide, la partie alimentation en technologie planaire. Une solution est proposée afin de faire la transition entre ces deux technologies : le circuit de répartition est directement relié à l'excitation des éléments rayonnants en mettant ces deux parties sur une même feuille de substrat. Ainsi, moins de câbles et de connecteurs sont nécessaires, ce qui diminue l'encombrement et les coûts.

In this PhD thesis, some feed networks are studied. First, a N x N symmetric Butler matrix is considered. Analytical formulas allowing constructing its [S] matrix are found and demonstrated. Second, a multibeam antenna focal array based on 3-D directional couplers is considered. This device has a high level of re-use of its radiating elements. Therefore, its global size is reduced. Its conception is explained. Measurement results are exposed. Last, a mechanic / electronic device is studied. It is used for tracking. It is a complex device with several parts. The fact that the conception of each part depends on each other is highlighted. Compromises and choices need to be made.