Étude des antennes à ondes submillimétriques et des technologies associées

Study of submillimeter-wave antennas and associated technologies

• Auteur / Autrice : Basem Mohammed Qasem Aqlan
• Direction : Mohammed Himdi, Hamsakutty Vettikalladi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 07/07/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec Ǧāmiʿaẗ al-Malik Saʿūd (Riyad)
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Lafond, Camilla Kärnfelt, Élodie Richalot, Basem Mohammed Qasem Weitten
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurelian Crunteanu-Stànescu, Jean-Marc Ribero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement terahertz

Antennes (électronique)

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Communication sans fil 6G

Polarisation circulaire (CP)

Antenne à gain élevé

Faible coût

Lentille de Lüneburg

Structure métallique

Antennes multifaisceaux (MBA)

Sub-Terahertz (THz).

6G wireless communication

Circularly polarized (CP)

High gain antenna

Low cost

Luneburg lens

Metallic structure

Multi-Beam antennas (MBAs)

Sub-Terahertz (THz)

Résumé

Les activités présentées dans cette thèse portent sur l'étude et le développement d'antennes à ondes submillimétriques à gain élevé pour les communications sans fil à courte portée. Les prototypes proposés, basés sur une structure simplifiée et entièrement métallique, sont particulièrement adaptés aux systèmes de communication sans fil 6G nécessitant des antennes à faible coût avec de bonnes performances. La première partie de la thèse porte sur le développement d'antennes à haut gain polarisées circulairement et linéairement basées sur différentes technologies. Six antennes ont été conçues et fabriquées démontrant le potentiel des prototypes pour la bande 300 GHz. Une large bande passante et un gain élevé des diagrammes de rayonnement sont obtenus. Enfin, les implémentations et la conception d'antennes multifaisceaux (MBA) à large bande, à faible pertes et à large couverture sont proposées et étudiées. Les MBA sont basés sur des lentilles de Lüneburg à guide d'ondes à plaques parallèles (PPW) entièrement métalliques avec des structures périodiques. La première mise en œuvre consiste en des cylindres métalliques périodiques d'épaisseurs différentes. L'épaisseur du cylindre imite l'indice de réfraction équivalent de la loi de Lunebourg. La deuxième implémentation correspond à l’utilisation de cylindres métalliques de tailles uniformes. Les entrefers de la plaque supérieure PPW contrôlent l'indice de réfraction équivalent de la loi de Lunebourg. Les deux implémentations ont montré de bonnes performances avec une large couverture de ± 65 ° et de faibles pertes de balayage.

The activities presented in this Ph.D. focus on the study and development of high-gain submillimeter-wave antennas for short-range wireless communication. The proposed prototypes are based on a simplified structure and full metal, which is particularly suitable for 6G wireless communication systems requiring low-cost antennas with good performance. The first part of the thesis deals with the development of circularly and linearly polarized high-gain antennas based on different technologies. Six antennas have been designed and manufactured demonstrating the potential of prototypes for the 300 GHz band. Finally, the implementations and the design of wideband, low loss, and wide field-of-view based multi-beam antennas (MBAs) are proposed and studied. The MBAs are based on fully metallic parallel-plate waveguide (PPW) Luneburg lenses with periodic structures. The first implementation consists of a periodic cylindrical metallic post with different thicknesses. The post thickness mimics the equivalent refractive index of Luneburg law. The second implementation consists of a uniform-size metallic post periodic. The air gaps of the PPW top plate control the equivalent refractive index of Luneburg law. Both implementations showed a good performance with a wide field-of-view of more than ±65°.