Conception d'antennes multi-faisceaux pour la navigation

Multibeam beamforming antennas for navigation

• Auteur / Autrice : Lionel Tombakdjian
• Direction : Fabien Ferrero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Ville Viikari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Ferrero, Ville Viikari, Cyrille Ménudier, Jean-Marc Laheurte, Noori BniLam, Maria El Bacha
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Ménudier, Jean-Marc Laheurte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Localisation par satellites, Systèmes de

Antennes-réseaux

Antennes à lentille

Mots clés libres

Antennes à création de faisceaux

Lentilles

Navigation

GNSS

Réseaux d'antennes

Beamforming

Multibeam

Lens

GNSS

Navigation

Phased array

Résumé

Cette thèse, intitulée ≪ Multibeam Beamforming Antennas for Navigation ≫, se concentre sur le développement d'antennes avancées capables de former des faisceaux dans la bande L pour les signaux du système mondial de navigation par satellite (GNSS), dans le but d'améliorer la fiabilité et la performance dans divers scenarios. Pour ce faire, deux approches innovantes ont été mises en œuvre : un système d'antennes à réseau phasé et une lentille de Luneburg modifiée et imprimée en 3D. Le système d'antenne réseau à commande de phase comprend la conception du réseau d'antennes lui-même, de l'élément source à la structure du réseau, ainsi que le formateur de faisceaux. Le formateur de faisceau est composé de plusieurs étages reliés entre eux par des connecteurs SMA, ce qui rend le système complet extrêmement flexible et facile à modifier. Le formateur de faisceau est capable de générer plusieurs faisceaux dans la bande L et peut être utilisé pour suivre plusieurs satellites simultanément. Sa configuration comprend un étage de filtrage et un étage d'amplification spécialement conçus pour les signaux GNSS. La deuxième technologie développée est une lentille de Luneburg modifiée et imprimée en 3D. La conception finale de la lentille permet de former jusqu'à 16 faisceaux actifs simultanément sans aucun composant mécanique et de fournir une vue presque complète du ciel. Plusieurs versions de la lentille et de son réseau de sources ont été développées, y compris des configurations à double polarisation circulaire et à double bande. Pour faire fonctionner la lentille, un récepteur GNSS bi-bande à 16 canaux a été développé. Le récepteur est capable de suivre tous les signaux GNSS de toutes les constellations existantes et peut être utilisé pour suivre plusieurs satellites simultanément. Enfin, grâce à l'expérience acquise avec la bande L, une lentille en bande Ku a été développée. Cette lentille est capable de générer plusieurs faisceaux dans la bande Ku et peut être utilisée pour recevoir des signaux provenant de constellations récentes en orbite terrestre basse (LEO). L'objectif de cette lentille pour l'Agence spatiale européenne est de développer un système de navigation alternatif au GNSS, en s'appuyant sur les signaux des constellations LEO.

This thesis, titled ''Multibeam Beamforming Antennas for Navigation'' focuses on developing advanced antennas capable of beamforming in the L-band for Global Navigation Satellite System (GNSS) signals, aiming to enhance reliability and performance in diverse scenario. To achieve this, two innovative approaches have been implemented: a phased array antenna system and a modified 3D printed Luneburg lens.The phased array antenna system include the design of both the antenna array itself, from the sourceelement to the array structure and also the beamformer. The beamformer is composed of multiple stages inter connected by SMA connectors making the complete system extremely flexible and easy to modify. The beamformer is capable of generating multiple beams in the L-band, and can be used to track multiple satellites simultaneously. It's configuration includes a filtering and an amplification stages specifically for GNSS signals. The second technology developped is a modified 3D printed Luneburg lens. The final design of the lens allow the beamforming of up to 16 simultaneously active beams without any mechanical components and providing almost a full-sky view. Multiple versions of the lens and it's source array were developped including dual circular polarization and dual-band configurations. To be able to operate the lens, a custom 16 channel dual-band GNSS receiver was developped. The receiver is capable of tracking all the GNSS signals from all the existing constellations and can be used to track multiple satellites simultaneously. Finally, using the experience gained from the L-band, a Ku-band lens was developped. The lens is capable of generating multiple beams in the Ku-band and can be used to receive signals from recentlow earth orbits (LEO) constellations. The objective behind this lens for the European Space Agencyis to deevelop an alternative navigation system to the GNSS, relying on the signals from the LEO constellations.