Conception et mesure d'un réseau d'antennes reconfigurable sur la bande 3,4 - 3,8 GHz : contribution à la réduction de la consommation énergétique

Design and characterization of reconfigurable antenna array in the 3.4 - 3.8 GHz band : contribution to the reduction of Energy consumption

• Auteur / Autrice : Seydouba Fofana
• Direction : Benjamin Fuchs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 07/10/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• 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)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Économies d'énergie

Antennes-réseaux

Mots clés libres

Réseau d’antennes

Formation de faisceaux

Réseau parcimonieux

Composants RF, synthèse de réseau

Antennes reconfigurables antennes multifaisceaux

Consommation énergétique

Antenna array

Beamforming

Sparse array

RF components

Array synthesis

Reconfigurable antennas

Multibeam antennas

Energy consumption

Résumé

Cette thèse présente la conception, réalisation et mesure d’un réseau d’antennes reconfigurable dans la bande 3,4-3,8 GHz. Le réseau actif est composé de 16 dipôles à double polarisation qui peuvent rayonner un faisceau pouvant dépointer dans un plan sur un secteur angulaire de ±45°. Grâce à l’utilisation d’un générateur de signaux arbitraires, deux faisceaux pointant dans deux directions peuvent être rayonnés simultanément à deux fréquences différentes et reconfigurés à souhait. Ce réseau peut être vu comme un candidat pour de futurs systèmes de communication terrestre. Deux opérateurs mobiles pourraient alors partager le même réseau d’antennes. Les étapes de la conception du réseau sont détaillées progressivement, de l’élément unitaire, vers le réseau passif, puis reconfigurable par paquets, pour finir par le réseau complètement reconfigurable. La conception du réseau a eu pour ligne directrice la réduction de consommation d’énergie. Ainsi, des outils de synthèse ont été développés pour exploiter au mieux les caractéristiques de consommation des amplificateurs utilisés. De nombreux résultats de mesure valident les performances en rayonnement du réseau à chaque étape intermédiaire. De plus, ils montrent la réduction de consommation d’énergie réalisée et valident ainsi expérimentalement l’intérêt pratique des outils de synthèse développés.

This thesis is dedicated to the design, manufacturing and characterization of a reconfigurable antenna array in the 3.4-3.8 GHz band. The active array is composed of 16 dual polarized dipoles that are able to radiate a beam steerable from ± 45° in a plane. Thanks to an arbitrary waveform generator, two beams can be radiated in two directions at two different frequencies simultaneously and can be reconfigured at will. This array can be seen as a candidate for future terrestrial communication systems. Two mobile network operators could then share the same antenna array. The steps of the array design are detailed showing the progression from the single antenna, to the passive array, the reconfigurable array by cluster to finish with the fully reconfigurable array. The array design has been driven by the reduction of the energy consumption. For that purpose, array synthesis tools have been developed to leverage at best the consumption characteristics of amplifiers. A number of measurement results validate experimentally the array radiation performances at each step of the design. Moreover, they demonstrate the achieved reduction of energy consumption and thus validate experimentally the practical interest of the developed synthesis tools.