Techniques de Maîtrise des Phénomènes de Couplage dans les Antennes Réseaux Imprimées à Balayage Electronique : Application à la Réduction des Directions Aveugles

The Control of Coupling Phenomena in Printed Phased Array Antennas and Its : Application to Scan Blindness Mitigation

• Auteur / Autrice : Aurélien Ayissi manga
• Direction : Raphaël Gillard, Renaud Loison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 29/11/2018
• Etablissement(s) : Rennes, INSA en cotutelle avec Thales (Firme)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Robert Staraj
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Gillard, Renaud Loison, Robert Staraj, Andrea Neto, Cyrille Ménudier, Isabelle Leroy-Naneix, Christian Renard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Neto, Cyrille Ménudier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes hyperfréquences

Ondes électromagnétiques -- Propagation

Radar -- Antennes

Mots clés libres

Antennes

Réseaux à balayage électronique

Couplages

Directions Aveugles

Hyperfréquences

Antenna

Phased Arrays

Couplings

Scan Blindness

Microwaves

Résumé

Dès lors que des éléments rayonnants sont placés à proximité les uns des autres, comme c'est le cas au sein des antennes réseaux à balayage électronique, des interactions électromagnétiques parasites se créent entre eux. Ces couplages se manifestent par une perturbation des répartitions de courants des sources du réseau. Leur impact dépend fortement de l'angle de dépointage du réseau mais est généralement néfaste, car ils modifient les caractéristiques du rayonnement des sources. Les différents objectifs de compacité et les spécifications de performances radioélectriques visés pour les radars aéroportées peuvent conduire à des structures qui supportent et favorisent ces phénomènes de couplages parasites, sous la forme d’ondes d’espace et de surface. Ces derniers peuvent aller jusqu'à entrainer l'impossibilité pour l'antenne de rayonner dans certaines directions et à certaines fréquences d’utilisation : on parle de directions aveugles. Ce phénomène limite de manière considérable le volume de dépointage opérationnel d'un système radar. La maîtrise du couplage entre les éléments rayonnants est donc l'une des problématiques essentielles du développement et du dimensionnement d'une antenne réseau. La recherche qui traite de ce sujet n'en est plus à ses débuts (les premiers radars à balayage électronique sont exploités depuis les années 50) mais reste toujours en attente de solutions innovantes permettant de mieux comprendre et maîtriser ces phénomènes. Dans cette thèse, plusieurs méthodes permettant de minimiser les effets du couplage dans les réseaux à balayage électroniques ont été investiguées. Les travaux s'orientent notamment autour du défi de réduire les conséquences des directions aveugles sans modifier la maille initiale du réseau d'antenne (contrainte iso-maille).

When radiating elements are located close to one another, as it is the case in electronically phased array antennas, parasitic electromagnetic interferences occur between them. The impact of these coupling mechanisms depends to a large extent on the scanning angle of the array, but is usually harmful, since it alters the radiating properties and the active input impedance of the sources. The compactness objectives and radioelectric performances required for airborne radars can lead to structures that support and foster these parasitic couplings, in the form of surface or space waves. In some cases, mutual coupling can even result in the impossibility for the array to radiate in certain directions and at certain frequencies. This phenomenon, referred to as scan blindness, significantly reduces the operating scan volume of a radar system. In that respect, the control of coupling mechanisms between radiating elements is a major issue when developing an array antenna and although the research that deals with this subject is no longer in its infancy, it is always pending for new and innovating solutions to master these phenomena. In this thesis, different solutions enabling to minimize the effect of couplings in phased arrays are investigated. The presented research revolves around the challenge of limiting scan blindness consequences without modifying the initial mesh of the array antenna.