Conception d'antennes miniatures, multi-bandes et à polarisation circulaire à base de matériaux ferrites polarisés

Design of miniature, multiband and circularly polarized antennas based on polarized ferrite materials

• Auteur / Autrice : Sarra Jemmeli
• Direction : Thierry Monédière, Laure Huitema
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 24/11/2021
• 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 : Thierry Monédière, Laure Huitema, Anthony Bellion, Bernard Jecko, Jean-luc Mattei, Alain Reineix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Delaveaud, Fabien Ferrero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes électromagnétiques -- Polarisation

Dispositifs à ferrites

Systèmes de télécommunications à large bande

Innovation

Antennes miniatures

Mots clés libres

Polarisation circulaire

Miniaturisation

Fonctionnement multi-bandes

Ferrites saturés

Circular polarization

Miniaturization

Multiband operation

Saturated ferrites

Résumé

L’essor fulgurant que connaissent les systèmes de communication sans fil, depuis plusieurs décennies, a amplifié le besoin de dispositifs hyperfréquences de plus en plus performants. Les antennes jouent un rôle important dans la mise au point et l’amélioration du rendement de ces systèmes. La diversité des domaines d’application requiert de ces dispositifs qu’ils répondent à de nombreux standards de communication et donc le caractère multi-bandes est extrêmement demandé. De plus, afin d’assurer une bonne qualité de liaison entre l’émetteur et le récepteur, le rayonnement d’une onde à polarisation circulaire est souvent sollicité. Le caractère miniature de ces antennes est également essentiel afin de faciliter leur intégration et de réduire l’encombrement des systèmes. Développer des antennes combinant ces trois critères : miniaturisation, polarisation circulaire et fonctionnement multi-bandes, constitue un véritable défi. L’objectif principal de cette thèse est de tirer profit des caractéristiques d’anisotropie et de non-réciprocité des matériaux ferrites, lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique statique afin de concevoir des antennes répondant aux trois critères définis ci-dessus. La stratégie adoptée au cours de ces travaux consiste à établir une méthodologie complète permettant d’étudier la réponse électromagnétique d’une antenne à ferrite en fonction des caractéristiques de ces matériaux. Cette démarche repose sur une analyse modale suivie de modélisations numériques et de validations expérimentales. Les différentes contraintes rencontrées au cours de ces travaux sont discutées et des solutions appropriées sont proposées.

The rapid growth of wireless communication systems over several past decades has increased the need for more efficient microwave devices. Antennas are a fundamental part of the development and the improvement of these systems performances. The application diversity requires that these devices meet many communication standards, therefore multi-band character is highly demanded. Furthermore, in order to ensure a good link quality between transmitter and receiver, the criterion of circularly polarized radiation is often requested. The miniature character of these antennas is also essential to facilitate their integration and reduce the systems bulkiness. Developing antennas combining these three criteria: miniaturization, circular polarization and multi-band operation, is a real challenge. The main objective of this thesis is to take advantage of the magnetic characteristics of ferrite materials, under the influence of a static magnetic field, in order to implement antennas combining these three criteria. The adopted strategy is to establish a complete methodology to study the electromagnetic response of a ferrite antenna regarding the characteristics of these materials. This approach is based on a modal analysis followed by numerical modelling and experimental validation. The different constraints encountered during this work are discussed and appropriate solutions are proposed.