Contributions à la conception de réseaux d’antennes imprimées bibandes et à l’amélioration des capacités de dépointage à l’aide de structures périodiques tridimensionnelles

Contributions to the design of printed bi-band array antennas and to the improvement of scanning capabilities thanks to periodic threedimensional structures

• Auteur / Autrice : Brandon Sun
• Direction : Renaud Loison, Raphaël Gillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 07/04/2021
• 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 : Entreprise : Thales DMS
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique / IETR
• Jury : Président / Présidente : Hélène Roussel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Loison, Raphaël Gillard, Hélène Roussel, Cyril Nicolas Decroze, Éric Lheurette, Christian Renard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Nicolas Decroze, Éric Lheurette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes à balayage électronique

Antennes hyperfréquences

Antennes-réseaux

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Antennes

Réseaux d’antennes

Antennes bi-bandes

WAIM

Antennas

Array antennas

Bi-bands antennas

WAIM

Résumé

L’implantation de deux antennes réseaux à balayage électronique, entrelacées sur une même surface, est une solution pour obtenir une structure fonctionnant dans deux bandes de fréquences distinctes et relativement éloignées. Les solutions issues de la littérature scientifique révèlent la complexité du sujet. Le travail de la thèse consiste à imaginer des topologies originales et identifier des solutions novatrices en technologie imprimée multicouches pour implanter sur une même surface deux réseaux d’antennes fonctionnant à des fréquences éloignées dans un rapport 1 à 10.Dans cette thèse, les deux bandes considérées sont les bandes L et X. Des capacités de dépointage relativement importantes (+/- 60°) sont souhaitées dans les deux bandes,seulement dans un plan en bande L et dans les deux plans principaux, E et H, en bande X.Le réseau bande X est constitué de patchs carrés empilés et le réseau bande L de dipôles empilés. Après optimisation des deux réseaux, ils présentent tous les deux des capacités de dépointage relativement limitées et inférieures à celles attendues. Les effets mutuels entre les deux réseaux sont étudiés. Finalement, l’utilisation originale de WAIM tridimensionnels permet d’améliorer les capacités de dépointage du réseau bande X dans les deux plans E et H. Une maquette d’antenne est réalisée puis mesurée. Les résultats mesurés sont cohérents avec ceux simulés et permettent de valider les améliorations apportées par l’ajout des WAIM.

Accommodating two independent electronically phased arrays on the same surface is a solution to get a bi-band structure with distant frequencies. In the scientific literature, the hurdles are clearly exposed. In this thesis, the goal is to imagine new topologies and to determine innovative solution with multilayer printed technology to accommodate on the same surface two antenna arrays operating at distant frequencies, at a ratio of 1 to 10.L- and X-bands are considered in this thesis. Quite important scanning capabilities are expected in the two bands (+/- 60°). Only in one plane for L-band and in the two main planes,E and H, for X-band. X-band array is composed of stacked square patches and L-band array of stacked dipoles. Scanning capabilities are quite limited and fall short of expectations after optimization of the two arrays. Mutual effects are studied between the two optimized arrays.X-band array performance is finally improved thanks to the innovative use of three dimensional WAIM in the E and H-planes. A proof-of-concept mock-up is realized and measured. Measured results are consistent with those simulated and permit to validate the improvements made by the addition of the WAIM.