Contributions à la mesure rapide et robuste d'antennes

Contributions to fast and accurate antenna characterization

• Auteur / Autrice : Nicolas Mézières
• Direction : Benjamin Fuchs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 25/08/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Mazé-Merceur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Eibert, Gwenn Le Fur, Jean-Marie Lerat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Mazé-Merceur, Olav Breinbjerg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Représentation parcimonieuse

Antennes (électronique)

Électromagnétisme

Mots clés libres

Électromagnétisme

Métrologie

Antennes

Reconstruction parcimonieuse

Éléments finis

Electromagnetism

Metrology

Antennas

Sparse recovery

Finite elements

Résumé

Cette thèse traite de la caractérisation du diagramme de rayonnement des antennes afin d’améliorer l’utilisation des systèmes de mesure existants. Deux approches sont proposées en vue d'accélérer la mesure du diagramme de rayonnement des antennes en diminuant le nombre d'échantillons requis. La première exploite la décomposition parcimonieuse du champ rayonné par les antennes dans la base des ondes sphériques et nécessite seulement la connaissance de la dimension électrique maximale de l'antenne. La seconde approche utilise les dimensions externes de l'antenne et la surface de mesure afin de construire numériquement une base adaptée au problème de mesure d'antenne. Pour ces deux techniques, le nombre minimal d'échantillons du champ requis et une estimation du gain en temps de mesure à l'IETR sont donnés, montrant ainsi leur intérêt. En complément, une stratégie permettant d'optimiser le positionnement de l'antenne en post-traitement au sein de la base de mesure a été proposée afin d'améliorer la qualité du diagramme de rayonnement reconstruit. Toutes les procédures de mesure et traitements associés ont été validés sur des données numériques et expérimentales provenant d'antennes de types variés, opérant dans diverses bandes de fréquence et mesurées dans plusieurs chambres anéchoides, démontrant ainsi leur caractère général.

This thesis deals with the characterization of antenna radiation patterns to improve the use of existing measurement systems. Two approaches are proposed in order to speed up the measurement of these radiation patterns, which is achieved by reducing the required number of field samples. The first one exploits the sparse spherical wave expansion of the field radiated by antennas. It only requires to know the maximum electrical dimension of the antenna. The second approach exploits the antenna external geometry and the measurement surface shape in order to build numerically an expansion basis tailored to the characterization problem. For both techniques, the minimal number of required field samples and an estimation of the field acquisition time at the IETR facilities are given, showing their potentialities to speed up the antenna measurements. Besides, an optimization strategy of the antenna positioning in post-processing is proposed. This procedure improves the quality of the reconstructed antenna radiation pattern from a given measurement. All the proposed methods have been validated using numerical and experimental datasets from various antenna types, different operating frequency bands and measured in several facilities, demonstrating thereby their versatility and generality.