Compact modeling of ultra wide band antenna near or far-field radiation pattern : implementation close to different interfaces
Modélisation compacte du rayonnement d'antennes ULB en champ proche/champ lointain : mise en application en présence d'interface
Résumé
UWB antennas bandwidth makes them highly suitable for a number of applications. In surface penetrating radar (SPR) applications, which is the focus of our research, such a bandwidth range allows good signal penetration ability and fine space resolution for microwave imaging. In addition, it has been shown that the knowledge of the radiated field by the antenna enhances drastically the quality of the resulting images. The work reported in this thesis deals with the problematic of the huge amount of data representing UWB antennas. Indeed, due to the frequency dependence, the classical antenna parameters are not sufficient to characterize this type of antenna. The scalar or vector spherical wave expansion is widely used to expand the radiation pattern of a radiating antenna and permit a high compression data rate. On the other hand, the Singularity Expansion Methods are used in frequency/time domain to model the antenna response by a set of resonant poles. The purpose of this thesis is to establish a compact model representing accurately the antenna radiation characteristics, which also allows to find the field at various distances. To this end, several ways of combining the aforementioned methods have been investigated. The proposed approach is validated by modeling the simulated and measured radiation pattern of an Exponential Tapered Slot Antenna (ETSA) in free space. Furthermore, we verify that the established compact model provide radiated field at different distances from the antenna with a compression of the initial pattern up to 99% and an error below 3%. The last part of this thesis, present an application of the proposed methodology to SPR context
Les performances des antennes Ultra Large Bande (ULB) les rendent appropriées pour de nombreuses applications. En radar à pénétration de surface (SPR), application visée de cette thèse, une telle bande passante offre un excellent compromis entre capacité de pénétration et résolution spatiale en imagerie micro-ondes. De plus, il a été démontré que la prise en compte du champ rayonné par l'antenne en présence de la surface améliore considérablement la qualité des images obtenues. Cette thèse aborde la problématique de la quantité de données représentant les antennes ULB. En effet, les descripteurs classiques d'antenne ne suffisent pas à caractériser l’évolution en fréquence de leurs performances. Le développement en harmoniques ou vecteurs sphériques est utilisé pour modéliser le diagramme de rayonnement d’antennes tout en réduisant le volume de données. D'autre part, les méthodes d'expansion en singularités modélisent la réponse en fréquence (ou impulsionnelle) de l'antenne par un ensemble de pôles de résonance. Le but de ce travail de thèse est d'établir un modèle compact qui représente avec précision le rayonnement d'antenne, et permette la connaissance du champ à différentes distances. A cette fin, plusieurs combinaisons des méthodes de caractérisation ont été étudiées. L'approche proposée est validée par la modélisation du diagramme de rayonnement simulé et mesuré d'une antenne Vivaldi (ETSA). Le modèle établi fournit le champ rayonné à différentes distances de l'antenne avec une erreur inférieure à 3% avec un taux de compression de 99%. La dernière partie de cette thèse présente une application de l'approche proposée au rayonnement d’antennes en présence d’interfaces
Origine : Version validée par le jury (STAR)