Étude et conception d’antennes réseaux transmetteurs millimétriques à reconfiguration par voie optique

Optically reconfigurable transmitarray antennas at milimeter waves

• Auteur / Autrice : Romain Cane
• Direction : Ronan Sauleau, Mehdi Alouini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 01/12/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - IETR
• Jury : Président / Présidente : Olivier Llopis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Dauvignac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antonio Clemente, Anne-Laure Billabert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Antennes-réseaux

Mots clés libres

Réseau transmetteur

Reconfiguration optique

Semi-Conducteur intrinsèque

Transmit-Array antenna

Optical reconfiguration

Intrinsec semiconductor

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude et la conception d’antennes réseaux transmetteurs à reconfiguration de faisceau par voie optique. Un réseau transmetteur se compose d’une ou plusieurs sources focales éclairant un réseau planaire constitué de cellules élémentaires dont le contrôle de la phase en transmission permet de collimater le faisceau incident dans la direction souhaitée. Nous y menons l’étude théorique d’un semi-conducteur intrinsèque soumis à une injection forte de porteurs de charge puis étudions l’intégration d’un élément actif piloté à l’aide d’un signal laser à 1550 nm, permettant de contrôler le déphasage induit par une cellule élémentaire. Plusieurs cellules élémentaires intégrant des photo-commutateurs composés de germanium intrinsèque sont alors réalisées en bande X et en bande Ka. L’impact du contrôle optique est ensuite caractérisé expérimentalement en bande X. Un système de contrôle est développé afin de permettre l’intégration de telles cellules élémentaires dans un réseau transmetteur. Enfin, un réseau transmetteur mono-polarisation est développé en bande X et deux réseaux double-polarisation entrelacés, mono-bande et double-bande, sont simulés en bande Ka.

This PHD thesis focuses on the study and design of optically-reconfigurable transmitarray antennas. A transmitarray antenna consists of one or several focal sources illuminating a planar network composed of unit-cells whose transmission phase control makes it possible to collimate the incident beam towards the desired direction. The theoretical study of an intrinsic semiconductor subjected to a strong injection of carriers is carried out before focusing on the integration of an active element driven by a laser beam at 1550 nm, allowing to control the induced phase of a unit-cell. Several unit-cells with integrated intrinsic germanium photo-switches are developed at X-band and Ka-band. Then, the impact of the optical control is experimentally characterized at X-band frequencies. A control network is developed in order to allow the integration of such unit-cells in a transmit-array antenna. Finally, a singlepolarized transmit-array antenna is developed at X-band and two double-polarized (singleband and double-band) transmit-array antennas are simulated at Ka-band.