Développements de nouvelles architectures d’antennes reconfigurables pour les applications de télécommunications de 5ème génération

Development of new architectures of reconfigurable antenna arrays for 5G applications

• Auteur / Autrice : Hala Alzein
• Direction : Thierry Monédière, Marc Thévenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 13/02/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Monédière, Marc Thévenot, Bernard Jarry, Benoît Lesur
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Robert Staraj, Xavier Begaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Applications industrielles

Systèmes de télécommunications à large bande

Antennes-réseaux

Conception et construction

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Antenne à formateur de faisceaux réduit

Couplages mutuels

ROS (Rapport d'ondes stationnaires) actif

Antenne à Eléments Parasites

Réseaux d’antennes

Reconfigurable antenna with a simplified feed network

Mutual coupling

Active VSWR

Parasitic Element Antennas

Antenna arrays

Résumé

L’évolution rapide des communications sans fil et reconfigurables demande des systèmes antennaires avancés qui sont capables de satisfaire des besoins en termes d’agilité des diagrammes, un fort gain et un fonctionnement large bande. Afin de répondre à ces nouveaux besoins, la solution proposée dans cette thèse est basée sur l’ARFFR proposée par le laboratoire XLIM pour obtenir un compromis très intéressant en termes de performances / consommation énergétique / coût. Ces travaux ont notamment été utilisés dans le cadre d’une thèse (2012-2015) pour démontrer la faisabilité sur un premier démonstrateur à base de monopoles à 2.45 GHz en simple polarisation. Dans cette thèse, nous avons visé à introduire ce concept d’ARFFR pour gérer les problématiques des réseaux d'antennes périodiques. Deux axes principaux ont été développés au cours de ces travaux. Le premier axe consiste à montrer l’intérêt de ce concept à gérer la problématique de ROS actif du panneau tout en minimisant le nombre d’accès alimentés au BFN grâce à la présence des charges appliquées aux éléments parasites, sans avoir à rajouter des circulateurs derrière chaque élément rayonnant. La deuxième partie de ces travaux s’intéresse à exploiter les propriétés de ce concept d’ARFFR pour diffuser l’énergie des lobes de réseau en définissant des contraintes sur le niveau de lobes secondaires. Un prototype a été étudié et réalisé permettant de valider expérimentalement les potentialités de ce concept.

The fast development of wireless communication led to an increasing demand for new developments on antennas. These developments were backed by an urgent need for more complex architectures due to the need of reconfigurability in terms of frequency, reliability, radiation pattern and power consumption. In order to cover those needs, this work is based on an original reconfigurable antenna with a simplified feed network developed by XLIM laboratory, to offer an attractive tradeoff in terms of performances, complexity and cost. This new architecture is based on previous works from the laboratory (2012-2015) and a first proof of concept working at 2.45 GHz. The work proposed for this PhD is based on the development of this new architecture to manage the problems of periodic antenna arrays. Two main axes were developed during this work. The first axis consists to demonstrate the interest of this concept to manage the active VSWR of each excited element using loads connected to the parasitic elements, avoiding the need for circulators, while reducing the complexity of feed network. The second part of our work is dedicated to illustrating the potentialities of these antennas to reduce the grating lobes, while defining a constraint on the level of sidelobes. A manufactured prototype is presented in order to experimentally validate the potentialities of these antennas.