Développement de nouvelle génération d'antenne 5G dans la bande millimétrique

by Mohammad Reza Dehghani Kodnoeih

Doctoral thesis in Electronique

Under the supervision of Eduardo Motta Cruz and Ronan Sauleau.

defended on 05-11-2018

in Nantes , under the authority of École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , in a partnership with Université Bretagne Loire (2016-2019) (COMUE) and Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) (laboratoire) .

Thesis committee President: Claire Migliaccio.

Thesis committee members: Yoann Letestu, André Doll, George Goussetis, Ashraf Uz Zaman.

Alternative Title

Development of next-generation 5G directive antennas at millimeter waves

Abstract

Low-profile, low cost, high gain and beam steerable are four of the key features required for 5G point-to-point antennas at millimeter waves. Millimeter-wave bands gained a lot of attention recently as they are capable to provide high data rate communication (up to 10 Gbps) due to their large bandwidth (up to 20%). In the recent years, different antenna technologies have been proposed for such applications, with their advantages and weaknesses. They are either costly solutions, such as directly fed antennas arrays (horn arrays, slot arrays, etc.), or bulky ones such as quasi-optical antenna solution (lenses, transmit-arrays and reflect-arrays). In this thesis, a compact, low cost and high gain antenna based on quasi-optical solutions is proposed in V-band (57-66 GHz). At first an optimized fixed beam antenna solution with reduced focal distance is designed and validated by outdoor measurements. Afterwards, the compatibility of this antenna solution for electronic beam steering is studied, and two beam steering solutions are proposed. These solutions are characterized by both simulations and measurements. Finally, perspective solutions to integrate properties such as dual-frequency and dual-polarization into the antenna solution are proposed.

keywords

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• Ondes millimétriques
• Fresnel, Lentilles de

Abstract

Etre compacte, avoir un faible coût, un gain élevé et être compatible avec dépointage électronique sont quatre des principales caractéristiques requises pour les antennes point à point 5G dans la bande millimétrique. Les bandes millimétriques ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années car elles sont capables de fournir une communication à haut débit (jusqu'à 10 Gbits/s) en raison de leur large bande passante (jusqu'à 20%). Différentes technologies d'antenne ont été proposées pour telles applications, avec leurs avantages et leurs inconvénients. Ce sont soit des solutions coûteuses, telles que des réseaux d'antennes directement alimentés (réseaux de cornets, réseaux de fentes, etc.), soit des solutions volumineuses telles que les antennes avec alimentation quasi-optique (lentilles, réseaux transmetteurs et réseaux réflecteurs). Dans cette thèse, une antenne compacte, faible coût et directive basée sur des solutions quasi optiques est proposée pour la bande V (57-66 GHz). Une solution d'antenne à faisceau fixe optimisée avec une distance focale réduite est d’abordconçue puis validée par des mesures en champ lointain. Par la suite, la compatibilité de cette solution d'antenne pour le dépointage électronique est étudiée, et deux solutions de dépointage sont proposées. Ces solutions sont caractérisées à la fois par des simulations et des mesures. Enfin, en perspective, des solutions possibles pour intégrer des propriétés telles que le fonctionnement bi-fréquence ou en double-polarisation sont proposées.