Adaptation d’impédance à grand angle avec une surface périodique 3D tout-métal

Wide-angle impedance matching with an all-metal 3D periodic surface

• Auteur / Autrice : Diego Bermudez Martin
• Direction : Maria Garcia Vigueras, Raphaël Gillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 20/01/2023
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• 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 des Technologies du numéRique
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Thales Alenia Space
• Jury : Président / Présidente : Hélène Roussel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Garcia Vigueras, Raphaël Gillard, Hélène Roussel, Pablo Padilla, Cédric Quendo, Hervé Legay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pablo Padilla, Cédric Quendo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique

Antennes à balayage électronique

Ondes électromagnétiques -- Polarisation

Antennes (électronique)

Satellites artificiels dans les télécommunications

Mots clés libres

WAIM

3D tout-métal

Circuit équivalent

Cellule unitaire de guide d’ondes TEM

Amélioration du balayage

Double polarisation

WAIM

3D all-metal

Equivalent circuit

TEM waveguide unit-cell

Improving scanning

Dual-polarization

Résumé

Dans des applications de communications avec des satellites en orbite basse, un balayage grand angle est nécessaire. Les réseaux à commande de phase sont capables de produire ce balayage tout en évitant l’utilisation le balayage mécanique. En raison de la nature de ces antennes, certains phénomènes peuvent apparaître lors de leur utilisation, tels que les lobes de réseau, les directions d’aveuglement et le couplage mutuel. Ce dernier réduit l’adaptation de l’antenne et détériore sa réponse finale. Certaines techniques tentent de remédier à ce phénomène afin de réduire la désadaptation de l’antenne. Les couches d’adaptation d’impédance à grand angle (WAIM) font partie de ces techniques. Dans cette thèse, il est proposé de concevoir un WAIM en utilisant un nouveau type de structures 3D tout-métal. Pour permettre cette conception, un circuit équivalent est d’abord proposé qui offre une modélisation rapide de la structure à partir d’un nombre réduit de simulations électromagnétiques. Ensuite, une méthodologie générale de conception est pro-posée qui permet d’optimiser le WAIM dans le cadre de spécifications (bande de fréquence et plage angulaire) et d’une antenne donnée. Cette méthodologie de conception a permis d’obtenir une première version d’un WAIM fonctionnant pour une seule polarisation et un seul plan de balayage. L’étude du champ électrique a ensuite permis de faire évoluer la topologie du WAIM de manière à permettre une adaptation en double polarisation avec un contrôle indépendant de chaque plan de balayage, démontrant ainsi le potentiel des structures 3D entièrement métalliques.

In low-earth orbit satellites com-munications applications, a wide-angle scan-ning is required. Phased arrays are capable of producing this scan while avoiding the use of mechanical scanning. Due to the nature of these antennas, certain phenomena can oc-cur during their use, such as grating lobes, blinding directions and mutual coupling. The latter reduces the matching of the antenna and deteriorates its final response. Some techniques attempt to alleviate this phenom-enon in order to reduce the antenna mis-match. Wide Angle Impedance Matching lay-ers (WAIM) are one of these techniques. In this thesis, it is proposed to design a WAIM using a new type of 3D all-metal structures.To enable this design, an equivalent cir-cuit is first proposed that offers a fast modeling of the structure from a reduced number of electromagnetic simulations. Then, a general design methodology is proposed that allows the optimization of the WAIM within the specifications (fre-quency band and angular range) and a given antenna. This design methodology allowed to obtain a first version of a WAIM operating for a single polarization and a single scanning plane. The study of the electric field then allowed to evolve the topology of the WAIM in order to allow a dual polarized matching with an inde-pendent control of each scanning plane, thus demonstrating the potential of all-metal 3D structures.