Contributions à la théorie des ondes non diffractives et synthèse des lanceurs métalliques de faisceaux de Bessel/ondes X

Contributions to the theory of non diffractive waves and synthesis of metallic Bessel beam/X-wave launchers

• Auteur / Autrice : Srdan Paković‎
• Direction : Ronan Sauleau, Mauro Ettorre, David González Ovejero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Eva Iglesias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Luis Gómez-Tornero, Rafael Rodriguez-Boix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eva Iglesias, José Luis Gómez-Tornero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bessel, Fonctions de

Ondes électromagnétiques

Communication en champ proche

Mots clés libres

Faisceaux de Bessel

Ondes X

Adaptation de modes

Focalisation en champ proche

Ondes non-Diffractives

Impulsion

Faisceaux de Bessel–Gauss

Transfert d’énergie sans fil

Antennes cornets

Calcul électromagnétique

Méthode des moments

Bessel beams

Mode-Matching

Near–field focusing

Non-Diffractive waves

X–waves

Bessel–Gauss beams

Wireless power transfer

Horn antennas

Computational electromagnetics

Method of Moments

Résumé

Cette thèse présente les contributions de l'auteur au domaine des ondes non-diffractives. Essentiellement, les ondes non diffractives sont des faisceaux électromagnétiques qui rayonnent une énergie localisée avec une variété d'applications pratiques potentielles. Le travail présenté dans cette thèse peut être divisé en deux parties. Dans la première partie, un nouveau concept de synthèse de lanceurs de faisceaux de Bessel/ondes X à profil spline a été proposé. Tout d'abord, un outil basé sur l'adaptation de mode est présenté. L'outil est capable d'évaluer les paramètres S, les diagrammes de rayonnement en champ proche et lointain de structures métalliques à symétrie azimutale. Ensuite, des lanceurs métalliques à faisceau de Bessel/ à impulsion sont synthétisés à l'aide de cet outil ad hoc. Le concept a été validé expérimentalement en fabriquant et en mesurant un lanceur pour fonctionner dans une gamme de fréquences de 75 à 105 GHz. Le lanceur est la première démonstration d'un lanceur d'ondes X à de telles fréquences. Dans la deuxième partie, nous avons étudié l'utilisation d'ondes non diffractives pour le transfert d'énergie sans fil. Tout d'abord, l'utilisation de faisceaux de Bessel-Gauss pour le WPT est étudiée. Les performances supérieures des faisceaux de Bessel-Gauss par rapport aux faisceaux de Bessel sont démontrées. Un lanceur Bessel-Gauss a été conçu pour valider cette affirmation. Le coefficient de transfert de puissance du lanceur dépasse 50 % pour les distances dépassant sa portée de non diffraction.

This thesis present the author’s contributions to the field of non-diffractive waves. Essentially, non-diffractive waves are electromagnetic beams that radiate localized energy with a variety of potential practical applications. The work presented in this thesis can be divided into two parts. In the first part, a novel concept of synthesizing metallic spline profiled Bessel beam/X-wave launchers has been proposed. First, an ad-hoc tool based on mode matching is presented. The tool is capable of evaluating the S parameters, near-, and far-field radiation patterns of metallic structures with azimuthal symmetry. Then, metallic Bessel beam/X-wave launchers are synthesized using the ad-hoc tool. The concept has been experimentally validated by manufacturing and measuring an X-wave launcher operating in a 75-105 GHz frequency range. The fabricated launcher is the first experimental demonstration of an X-wave launcher at such frequencies. In the second part, we have investigated the use of non-diffractive waves for wireless power transfer. First, the use of Bessel-Gauss beams for WPT is investigated. The superior performance of Bessel-Gauss beams compared to Bessel beams is demonstrated. A Bessel-Gauss launcher has been designed for validating this claim. The power transfer coefficient of the launcher exceeds 50% for distances exceeding its non-diffractive range.