Systèmes antennaires reconfigurables pour l'observation spatiale

Reconfigurable antenna systems for space observation

• Auteur / Autrice : Vincent Callec
• Direction : Raphaël Gillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et télécommunications
• Date : Soutenance le 06/11/2013
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - IETR
• Jury : Président / Présidente : Tchanguiz Razban-Haghighi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Gillard, Tchanguiz Razban-Haghighi, Xavier Begaud, Régis Guinvarc'H, Hubert Diez, Erwan Fourn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Begaud, Régis Guinvarc'H, Hubert Diez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels en télédétection

Communication ultra large bande

Antennes adaptatives

Mots clés libres

Antennes

Ultra large bande

Reconfigurable

Ultra-wideband antennas

Artificial satellites in remote sensing

Résumé

Cette thèse s’intéresse à la conception d’antennes ultra large bande reconfigurables. Cette étude a été motivée par le souhait de regrouper l’ensemble des antennes d’observation présentes sur les satellites en un panneau rayonnant unique afin de pouvoir réduire la taille de ces derniers. Les travaux présentés dans ce mémoire sont donc principalement axés sur la conception d’antennes spirales et sur les améliorations qui peuvent leur être apportées. Ainsi, une nouvelle topologie d’antenne spirale carrée reconfigurable en un réseau de quatre antennes spirales carrées plus petites sur la même ouverture rayonnante est exposée. Cette reconfiguration permet d’augmenter l’efficacité de surface de la structure tout en offrant de nouvelles possibilités d’utilisation à l’antenne et en améliorant ses performances. Les caractéristiques et les performances des deux configurations en états figés sont détaillées. Les maquettes réalisées et les résultats de mesure sont également présentés afin de valider le fonctionnement de l’antenne. Ensuite, différentes améliorations de cette structure sont présentées ainsi qu’une application possible. Enfin, une solution permettant d’améliorer le fonctionnement des antennes spirales imprimées au-dessus d’un plan de masse est décrite. En effet, cette solution permet de supprimer un nul de rayonnement lorsque l’antenne se situe à une demi-longueur d’onde du plan de masse. Sa bande passante d’utilisation peut ainsi être potentiellement doublée sans perdre la moitié de l’énergie comme avec l’utilisation d’absorbants. Cette technique consiste à ajouter un élément rayonnant parasite au-dessus de l’antenne. Cet élément est excité par couplage à l’antenne spirale et rayonne à la fréquence du nul de rayonnement. Cet élément étant faible bande, il ne dégrade pas le fonctionnement de l’antenne aux autres fréquences de la bande passante. Une structure utilisant ce concept a été réalisée afin de valider son fonctionnement.

This thesis focuses on the design of ultrawideband reconfigurable antennas. The objective of this study is to integrate all the antennas of observation on satellites into a single radiating panel and make it reconfigurable. Works presented in this document are focused on the design of spiral antennas and on their possible improvements. Thereby, a new topology of square spiral antenna reconfigurable into an array of four smaller square spiral antennas is shown. This reconfiguration allows increasing the surface efficiency of the structure while offering new possibilities of utilization to the antenna and improving its performance. Characteristics and performance of both configurations in frozen states are presented. Breadboards and measurements are also presented in order to validate the functioning of the antenna. Then, several improvements of this structure are studied and a possible application. Finally, a solution for improving the functioning of spiral antennas printed over a metallic ground plane is presented. This solution permits to remove a null of radiation when the distance between the antenna and the ground plane is a multiple of the half wavelength. In this way, its bandwidth can be doubled without losing the half of the energy like with absorbers. This technique consists in adding a parasitic radiating element over the antenna. This element is fed by coupling to the spiral antenna and radiates at the frequency of the null of radiation. This element is narrowband, so antenna performance remains unchanged at the other frequencies of the bandwidth. A structure using this concept has been made in order to validate its functioning.