Étude de nouvelles technologies d’antennes pour application 5G dans la bande millimétrique

par Wassim Saleh

Thèse de doctorat en Électronique, microélectronique

Sous la direction de Eduardo Motta Cruz, Ronan Sauleau et de Yoann Letestu.

Soutenue le 28-10-2021

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Monédière.

Le jury était composé de Jean-François Carpentier.

Les rapporteurs étaient Thierry Monédière, Claire Migliaccio.

mots clés

• ...
• Ondes millimétriques
• Réseaux poste à poste (informatique)
• Réseaux de backhaul

Résumé

Cette thèse s’inscrit au cœur de la 5ème génération des réseaux mobiles (5G), et plus particulièrement dans le cadre des réseaux de transport point-à-point « Backhaul » urbains, accomplis par l’intermédiaire de faisceaux hertziens (FH) millimétriques. La solution choisie doit être compacte, à faible coût de fabrication, à hautes performances de rayonnement, et susceptible à terme d’intégrer des dispositifs RF d’auto-alignement. En raison de sa large bande passante disponible, la bande D (130-174,8 GHz) est considérée comme un bon candidat pour les liaisons de grande capacité.Parmi différentes structures d’antennes analysées, les réseaux transmetteurs, ou TA (« Transmitarrays ») affichent des performances très prometteuses en termes de gain isotrope, bande passante, pureté de rayonnement, simplicité de fabrication et compatible avec le fonctionnement en double polarisation orthogonale. Une première solution d'antenne TA en bande D à fort gain, à large bande et hautes performances de rayonnement est d’abord conçue, puis validée par des mesures en chambre anéchoïque, à l'aide d'un scanner en champ proche. Pour répondre aux besoin double bande, une deuxième solution d’antenne TA fonctionnant en bandes E (71-86 GHz) et D est développée, basée sur la cohabitation coplanaire des cellules unitaires des deux bandes en mode hybride (entrelacement et remplacement), tout en conservant la simplicité de fabrication. Les simulations montrent une conservation globale des bonnes performances dans les deux bandes, et des bonnes perspectives pour les solutions bi-bandes millimétriques avec intégration d’éléments RF d’auto-alignement.

Titre traduit

Study of new antenna technologies for 5G applications in the millimeter band

Résumé

This thesis is at the heart of the 5th generation of mobile networks (5G), and more particularly within the framework of point-to-point “backhaul” urban transport networks, accomplished through the intermediary of millimeter microwave links (FH). The chosen solution should be compact, low-cost to manufacture, high radiation performance, and ultimately capable of integrating self-aligning RF devices. Due to its large available bandwidth, the D band (130-174.8 GHz) is considered a good candidate for high-capacity links. Among different antenna structures analyzed, Transmitarrays show very promising performances in terms of isotropic gain, bandwidth, purity of radiation, simplicity of manufacture and compatible with the operation in double orthogonal polarization. A first high gain, broadband, high radiation performance D-band TA antenna solution is designed, then validated by measurements in an anechoic chamber, using a near-field scanner. To meet dual-band needs, a second TA antenna solution operating in E (71-86 GHz) and D bands is developed, based on the coplanar cohabitation of the unit cells of the two bands in hybrid mode (interlacing and replacement), while maintaining the simplicity of manufacture. The simulations show an overall retention of good performance in both bands, and good prospects for dual-band millimeter solutions with integration of self-aligning RF elements.