Réseaux d'antennes en ondes millimétriques excités par des photodiodes

Mm-wave photonic-enabled antenna arrays

• Auteur / Autrice : Álvaro Pascual-Gracia
• Direction : Ronan Sauleau, David González Ovejero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 19/05/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Sascha Preu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefano Maci, Mathilde Gay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sascha Preu, Laurent Dussopt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes-réseaux

Ondes millimétriques

Mots clés libres

Ondes millimétriques

Photomélange

Réseau infinie d’antennes

Adaptation d’impédance

Antenne leaky

Commutation de faisceau

Mm-Waves

Photomixing

Infinite array antenna

Impedance matching

Leaky-Waveantenna

Beam switching

Résumé

Cette thèse présente des réseaux d'antennes excités par des photodiodes pour la génération en continu d'ondes millimétriques. Les efforts de recherche sur la génération photonique menés au cours des vingt dernières années ont abouti à une méthode à fort potentiel. Le meilleur exemple en est la compatibilité avec les réseaux de communication à fibre optique. Néanmoins, la méthode offre une puissance d'émission plus faible que d’autres technologies. De plus, les antennes photoniques à gain élevé avec un faisceau orientable restent un point critique pour les télécommunications. Ce travail tente de résoudre les deux inconvénients précédents. D'abord, nous proposons une méthode pour augmenter la puissance d'émission en utilisant un réseau d'antennes intégré avec des photodiodes. Un plan de masse placé à proximité des antennes permet une adaptation d'impédance plus efficace, tandis que la configuration du réseau offre une combinaison de puissance. Aussi, nous avons conçu et prototypé deux réseaux d'antennes intégrés avec des photodiodes. Pour le premier, nous utilisons une antenne de type "leaky" pour obtenir une orientation de faisceau sélective avec la fréquence. Pour l'autre, nous proposons et démontrons la commutation de faisceaus photoniques comme un moyen pragmatique d'obtenir un faisceau orientable et hautement directif. À la suite de nos recherches, nous avons également développé un modèle théorique pour analyser l'impédance de balayage (scan impedance) dans des réseaux infinis de dipôles.

We present antenna arrays excited by photodiodes for the continuous-wave generation of millimeter-wave radiation using photomixing. Research efforts carried out over the last twenty years have put the photonic generation approach into the spotlight. It offers numerous advantages concerning other methods, and the principal example is seamless compatibility with fiber-optic networks. Nevertheless, photomixing offers a lower emitted power than other technologies. Furthermore, photonic-enabled high-gain and beam-steerable antennas are still a critical point for telecommunications. This work addresses both of the previous drawbacks. First, we propose a method to increase the emitted power using an antenna array integrated with photodiode sources. A ground plane placed close to the antennas enables a more efficient impedance matching, while the array configuration offers power combining. Besides, we have designed and prototyped two antenna arrays integrated with photodiodes. One uses a leaky-wave antenna in a scalable layout to obtain frequency-selective beamsteering. For the other, we propose and demonstrate photonic-enabled beam switching as a pragmatic way to achieve a highly directive, switchable beam with quasi-continuous coverage. Finally, stemming from our investigations, we have also developed a theoretical model to analyze the scan impedance in infinite phased arrays of dipoles.