Antennes directives 3D entièrement métalliques et constituées d’arrangements quasipériodiques de cellules Phénix de type guide d’onde

3D-Printed Metal-only High-gain Antennas made of Quasi-periodic Arrangements of Waveguide-type Phoenix Cells

• Auteur / Autrice : Zhihang An
• Direction : Raphaël Gillard, Maria Garcia Vigueras, Tony Makdissy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 15/05/2023
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Régis Guinvarc'H
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Gillard, Maria Garcia Vigueras, Tony Makdissy, Régis Guinvarc'H, Xavier Begaud, Paola Pirinoli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Guinvarc'H, Xavier Begaud, Paola Pirinoli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guides d'ondes

Prototypage rapide

Gain (électronique)

Antennes à réseau réflecteur

Mots clés libres

Réseau réflecteur

Cellule Phénix

Gain élevé

Structure quasi-périodique

Fabrication additive métallique

Reflectarray

Phoenix cell

High gain

Quasi-periodic structure

Full-metal additivemanufacturing

Résumé

Un réseau réflecteur peut être considéré comme une combinaison entre antenne réflecteur et antenne réseau. Il présente les avantages d'un gain élevé, d'un faible encombrement, d'un coût réduit et d'une fabrication facile. De plus, il est possible de manipuler la forme et la direction du faisceau principal en contrôlant la géométrie des cellules unitaires constituant le réseau. Cette opération s’effectue beaucoup plus simplement que pour un réseau à rayonnement direct où elle nécessite de concevoir un répartiteur de puissance complexe. Parmi les solutions possibles, la cellule Phénix est une topologie de cellule de réseau réflecteur avec un fort potentiel. Parce qu’elle permet de revenir à la géométrie initiale après un cycle complet de 360°, la cellule Phénix permet d’éviter les brusques variations de géométrie sur l’ouverture rayonnante. Cette thèse explore les possibilités offertes par la fabrication additive dans la conception d'antennes métalliques 3D réelles. Une cellule Phénix de type guide d'ondes 3D a été proposée, analysée et modélisée à l'aide d'un circuit équivalent. Différentes antennes à gain élevé fabriquées à partir de cellules Phénix 3D ont été conçues, simulées et analysées, dont deux ont été fabriquées pour démontrer leurs performances. Une bonne concordance entre les simulations et les mesures a été obtenue.

Reflectarray antenna can be seen as a combination of reflector antenna and array antenna. It has the advantages of high gain, low profile, low cost and easy manufacturing. Also, it is able to manipulate the main beam by controlling the geometrical pattern of the unit, including its shape and direction. In contrast to phased array antennas, such manipulation of the radiation is obtained in reflectarray without increasing the complexity of the array beamforming network. Among possible solutions, the phoenix cell is a topology of reflectarray cell with high potential. The geometric variation over the reflectarray aperture is smoothed out owing to the rebirth ability of the phoenix cell. This thesis explores the possibilities offered by additive manufacturing in designing actual 3D metalonly antennas. A 3D waveguide-type phoenix cell has been proposed, analyzed, and modeled using an equivalent circuit. Different high-gain antennas made of 3D phoenix cells have been designed, simulated, and analyzed, two of which have been fabricated to further demonstrate their performance. Good agreement between simulations and measurements has been achieved.