Caractérisation d'antennes par la méthode du développement en singularités appliquée au coefficient de rétrodiffusion

Antenna characterization using the singularity expansion method applied on the backscattering coefficient

• Auteur / Autrice : François Sarrazin
• Direction : Ala Sharaiha, Philippe Pouliguen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
• Date : Soutenance le 22/11/2013
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IETR
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joseph Saillard, Yahia M.M. Antar, Janic Chauveau, Patrick Potier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Mazé-Merceur, Marc Hélier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Caractérisation d’antennes

Méthode du Développement en Singularités

Surface Équivalente Radar d’antennes

Pôles de résonance

Prony

Matrix Pencil

Cauchy

Antenna Characterization

Singularity Expansion Method

Antenna Radar Cross Section

Resonant poles

Prony

Matrix Pencil

Cauchy

Résumé

Ce manuscrit est consacré à l’étude de la méthode du développement en singularités (SEM) appliquée aux antennes. Dans la première partie de ce travail, trois méthodes d’extraction des pôles de résonance sont présentées et comparées : les méthodes de Prony et Matrix Pencil dans le domaine temporel et la méthode de Cauchy dans le domaine fréquentiel. Une procédure est établie pour optimiser l’extraction avec chaque méthode et une étude de robustesse montre que la méthode Matrix Pencil permet d’obtenir plus de pôles et avec une meilleure précision que les deux autres méthodes en présence de bruit. Dans un second temps, la méthode Matrix Pencil est appliquée sur des réponses d’antennes, obtenues en rayonnement et en Surface Equivalente Radar (SER), et les pôles de résonance extraits sont identiques pour les deux approches. Cette étude valide donc la possibilité d’extraire les pôles de résonance d’une antenne directement à partir de sa SER. La variation de la position des pôles de résonance en fonction des dimensions et de la charge de deux antennes est ensuite étudiée et met en évidence le lien entre l’impédance d’entrée de l’antenne et ses pôles de résonance. Enfin, les mesures de la SER de trois antennes valident expérimentalement l’extraction des pôles de résonance à partir de la SER d’une antenne. Ce travail pose donc les bases de la caractérisation d’antennes à l’aide de la SEM appliquée à la SER de l’antenne.

This manuscript deals with the Singularity Expansion Method (SEM) applied to antenna characterization. In the first part of this work, three resonant poles extraction methods are presented and compared: the Prony and Matrix Pencil methods in the transient domain and the Cauchy method in the frequency domain. A procedure is defined to optimize the extraction with each method and a robustness study shows that Matrix Pencil method allows obtaining more physical poles with a better accuracy than the two other methods in presence of noise. In a second part, the Matrix Pencil algorithm is applied on radiated and backscattered antenna responses. Extracted resonant poles from both responses are exactly the same. This study validates the possibility to extract poles directly from its backscattered response. The position of resonant poles is analyzed with respect to antenna’s dimension and its load for two different cases. This emphasizes the link between antenna poles and antenna input impedance. Finally, RCS measurements of three antennas validate antenna poles extraction directly from its RCS. This work lays the foundations of antenna characterization using the SEM applied to RCS measurements.