Modèles Stochastiques de Diagramme de Rayonnement d'Antenne sur Avion

Stochastic modeling of the radiation patterns of airborne antennas

• Auteur / Autrice : El-Mehdi Djelloul
• Direction : Alexandre Chabory, Christophe Morlaas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electromagnétisme et Systèmes Haute Fréquence
• Date : Inscription en doctorat le 29/08/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, École nationale de l’aviation civile
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENAC-LAB - Laboratoire de Recherche ENAC
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TELECOM-EMA-Electromagnétisme et Antennes

Mots clés

Mots clés libres

Électromagnétisme

Antennes

Modélisation stochastique

Electromagnetics

Antenna theory

Stochastic modelling

Résumé

Les antennes bords sont des éléments essentiels pour de nombreux systèmes CNS de l'aviation civile. Les diagrammes de rayonnement de ces antennes doivent être maitrisés et reproductibles afin de garantir le fonctionnement nominal de ces systèmes, et afin d'atténuer l'impact de potentiels brouilleurs ou leurreurs. Or, il est très difficile, voire impossible, d'évaluer précisément et de manière systématique les diagrammes d'antennes une fois qu'elles sont installées sur avion, que cela soit à partir de mesures ou à partir de simulations. Concernant les mesures, les chambres anéchoïques de mesure d'antennes suffisamment grandes pour accueillir un avion commercial entier sont très rares. La réalisation de mesures dans de telles chambres est donc soumise à une problématique de disponibilité; elles sont également très couteuses et elles ne peuvent donc être effectuées systématiquement. Une autre solution consiste à réaliser une transposition de fréquence afin de réaliser la mesure sur un modèle réduit d'avion à l'échelle. Dans ce cas aussi, les mesures sont complexes à mettre en œuvre. De plus, il est souvent difficile de maitriser les erreurs associées à la transposition de fréquence. Afin de réduire les couts et les moyens nécessaires, les diagrammes d'antennes sur porteur peuvent aussi être évalués à partir de logiciels de simulation électromagnétique. Toutefois, la fiabilité et la précision de telles simulations dépendent de nombreux paramètres. Il faut être sûr du modèle d'antenne, de la géométrie de l'avion et des caractéristiques des matériaux le constituant. En outre, mise à part pour les bandes de fréquences les plus basses, les méthodes utilisées par ces logiciels incluent des approximations physiques. Enfin même si les simulations sont moins problématiques que les mesures en terme de moyens, il est difficile de les effectuer de manière systématique. Ainsi, il existe un besoin en modèles de diagrammes d'antennes sur avion qui permettent de s'assurer de leur fonctionnement nominal, et qui permettent d'atténuer l'impact de potentiels brouilleurs ou leurreurs, sans multiplier mesures et/ou simulations. L'objectif de cette thèse est d'avoir une meilleure connaissance des caractéristiques des antennes installées sur avion sans avoir à multiplier les mesures et les simulations pour chaque type d'antenne et pour chaque type d'avion. De tels modèles pourront permettre d'aboutir à des procédures de standardisation plus simples.

Airborne antennas are crucial elements for civil aviation CNS systems. Their radiation patterns have to be controlled and reproducible to guarantee their optimal functioning and to mitigate the impact of possible jammers. Nevertheless, it is difficult, and often impossible, to evaluate precisely the antenna radiation pattern once it is mounted on an aircraft, whether through measurements or simulations. As far as measurements are concerned, anechoic chambers large enough to host an aircraft are very rare, which leads to an availability issue. Another solution could be to use frequency transposition to lead measurements on a reduced aircraft model, but even so, it becomes hard to evaluate the errors due to the frequency transposition. In order to reduce cost and means, the radiation patterns can be simulated via electromagnetic simulation softwares. However, their precision and their reliability depends on many parameters. They require to master the antenna model, the aircraft geometry and the different material characteristics. Moreover, unless the frequencies of interest are low, such softwares use physical approximations. Eventually, even if simulations require less means, it is still difficult to lead them systematically. As a result, there exists a need for models able to provide radiation patterns for aircraft mounted antennas, which ensure their nominal functioning, as well as to mitigate the impact of possible jammers, without having to multiply measurements and/or simulations. The objective for this thesis is to reach a better understanding of aircraft mounted antenna characteristics, without having to use measurements and/or simulations for each antenna type on each aircraft type. Such models will help make standardization procedures more simple.