Compatibilité Electromagnétique de satellites de télécommunication constitués de cavités couplées

Electromagnetic Compatibility of communication satellites composed of coupled cavities

• Auteur / Autrice : Guillaume Alberto
• Direction : Alain Reineix, Guillaume Andrieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 12/07/2021
• 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 : Henri Blondeaux, Cyril Nicolas Decroze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Lalléchère, Élodie Richalot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Compatibilité Electromagnétique

Satellite

Système multi-cavités

FDTD

Power Balance

Facteur de qualité

Electromagnetic Compatibility

Satellite

Multi-cavity system

FDTD

Power Balance,

Q-Factor

Résumé

L’objectif de cette thèse est de déterminer le champ électromagnétique (ME) dans chaque cavité d’une charge utile d’un satellite de télécommunication. Pour cela, la détermination du champ EM dans des systèmes de 4 puis 5 cavités couplées (utilisant une cavité métallique conçue dans ce travail) est présenté selon trois méthodes différentes : - Analytiquement avec un modèle basé sur le principe de Power Balance ; - Expérimentalement avec des mesures directes (via une sonde de champ) et indirectes (utilisant un analyseur de réseau vectoriel) ; - Numériquement via une simulation tridimensionnelle de type FDTD. La première originalité de ce travail réside en la complexité des systèmes étudiés, supérieures aux systèmes. On pense par exemple à des systèmes où les facteurs de qualité sont différents pour chaque cavité (éventuellement ouvertes vers l’extérieur) via l’ajout d’absorbants, la corrélation des résultats pour les trois méthodes ayant été satisfaisante. La seconde originalité majeure de ce travail consiste en la proposition d’une méthode permettant d’affecter des facteurs de qualité différents à chaque cavité d’un système couplé par l’ajout d’une conductivité surfacique équivalente sur une plaque spécifique constituant chaque cavité. Enfin, en l’absence de résultats expérimentaux obtenus sur un cas réel, une analyse paramétrique a été réalisée à l’aide du modèle Power Balance prenant en compte les données géométriques réelles d’un satellite de télécommunication générique. Cette étude a pour but de quantifier l’impact des paramètres qui entrent en jeu lors de l’étude CEM de la charge utile d’un satellite en ne prenant en compte que les données connues de l’industriel au moment de l’étude. La société Thales Alenia Space, partenaire de cette thèse, dispose à présent d’un arsenal plus complet de méthodes validées pour traiter des cas réalistes de cavités couplées dans leurs satellites.

The aim of this thesis is to determine the electromagnetic (EM) field in each cavity of a satellite payload. To do so, the determination of the EM field is presented on two systems of respectively 4 and 5 cavities (from a designed 4-cavity system) using three different methods: - Analytically with a model based on Power Balance principle ; - Experimentally with direct (with a probe) and indirect (with a Vector Analyzer Network) measurements ; - Numerically with a full-wave software using the finite-difference time domain (FDTD) method. The first original aspect of this work lies in the complexity of the systems under studies. Indeed, the Q-factor are different for each cavity (that may contain external aperture) through the insertion of some absorbing blocks. A good correlation between the results calculated from these measurements and the Power Balance results has been obtained. The second and main original aspect of this work concerns a method able to consider in a full-wave FDTD simulation a different Q-factor in each cavity of the same system through the addition of an equivalent conductivity on only one side of each cavity. Finally, without any usable measurement results on a satellite, a parametric study has been performed using the geometry of a generic satellite. This study allow us to quantify the impact of the parameters known at the moment where the EMC study is performed. Thales Alenia Space Company, partner of this thesis, can now use more developed validated methods to deal with the EMC study of complex cavity-system.