Antennes multiports en bande S et X pour l’augmentation de la puissance rayonnée

Multiport antennas in S and X-band for radiated power increase

• Auteur / Autrice : Timothée Le Gall
• Direction : Anthony Ghiotto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 04/05/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Eric Kerhervé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Schreurs, Christophe Goujon, Bruno Louis, Stefan Varault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Ménudier, Robert Staraj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar en aéronautique

Bande X

Radar -- Antennes

Mots clés libres

AESA

Antenne multiport

Combinaison de puissance antennaire

Réseau d’antennes

AESA

Antenna Array

Multiport Antenna

On-Antenna power combining

Résumé

Afin de répondre aux contraintes croissantes d’intégration ainsi qu’à la montée en puissance des systèmes électroniques aéroportés, de nouvelles architectures radars doivent être développées. En l’occurrence, les récentes montées en puissance de la technologie SiGe en font une candidate de choix pour la conception des modules émission/réception, au détriment des technologies III-V dont l’apport en puissance de sortie est certes plus conséquent, mais dont l’intégration est faible. De nouvelles techniques permettant d’augmenter la puissance rayonnée des radars à base de SiGe doivent alors être investiguées. La combinaison de puissance antennaire (CPA) s’inscrit dans cet objectif. Comparée aux techniques de combinaison classiques dans lesquelles la puissance de plusieurs amplificateurs en parallèle est recombinée par des circuits pourvus de pertes (e.g. balun), la CPA permet, grâce l’utilisation d’une antenne multiport, de s’affranchir de ces circuits de recombinaison et d’interconnecter la sortie de chaque amplificateur avec chaque port de l’antenne. Dans ces travaux de thèse, quatre nouvelles topologies d’antenne sont d’abord étudiées et maquettées en éléments isolés (sans réseau) afin d’évaluer leurs performances en bande passante et en efficacité. Dans une application industrielle de type AESA, ces antennes ont vocation à être pilotées par des modules émission/réception actifs au sein d’un circuit intégré dans la maille du réseau, derrière les éléments rayonnants et au plus proche afin de minimiser les interconnexions. Le critère de complexité concernant l’interconnexion puce-antenne s’ajoute alors à celui des performances. Certaines de ces quatre antennes sont ensuite étudiées en réseau et maquettées afin de mettre en évidence leur pertinence – dont une se distinguant fortement - pour des applications AESA en bande X recherchant une montée significative en puissance de sortie.

In order to meet the growing integration constraints and the increasing output power of airborne electronic systems, new radar architectures must be developed. The recent rise in power of SiGe technology makes it a candidate of choice for the design of transmit/receive modules, to the detriment of III-V technologies whose output power is certainly more important, but whose integration is weak. New techniques to increase the radiated power of SiGe based radars must be investigated. On-antenna power combining (OAPC) is part of this objective. Compared to classical combining techniques in which the power of several amplifiers in parallel is recombined by lossy circuits (e.g. balun), the OAPC technic, which uses a multiport antenna, gets rid of these recombination circuits by interconnecting the output of each amplifier with each antenna port. In this work, four new antenna topologies are first studied and fabricated in isolated elements (without array) in order to evaluate their bandwidth and efficiency performances. In an AESA industrial application, these antennas would be driven by active transmit/receive modules within an integrated circuit in the array mesh, behind the radiating elements and as close as possible to minimize interconnections. The complexity criterion concerning the chip-to-antenna interconnection is therefore added to the performance criterion. Some of these four antennas are then studied in array and fabricated in order to highlight their relevance - one of which stands out strongly - for X-band AESA applications seeking a significant increase in output power.