Academic literature on the topic 'Antennes à balayage électronique – Satellites'

Dans le but de maintenir un bon diagramme de rayonnement secondaire lors de la poursuite électronique du satellite, plusieurs méthodes de compensation (ou synthèse) du rayonnement (méthode d'adaptation du champ, méthode itérative et méthode de résolution d'un système d'équations) ont été étudiées, pour un système d'antenne a réflecteur parabolique associe a un réseau rectangulaire dans le plan focal. La relation entre le maximum de rayonnement et la position de la source dans le plan focal ainsi que l'espace entre les sources pour le réseau rectangulaire sont détermines et optimises. Dans la méthode itérative ainsi que dans la méthode de résolution du système d'équations, les coefficients d'excitation obtenus sont réels et le nombre de sources actives utilisées est minimum. La capacité de balayage du faisceau pour la méthode itérative (ou pour la méthode de résolution du système d'équations) est donnée en fonction du nombre de sources, du rapport distance focale a diamètre et de la tolérance sur le niveau des lobes secondaires. La bande de fréquence relative dans laquelle le système d'antenne fonctionne, avec des coefficients d'excitation des sources fixes est égale a environ 15%. La mesure du dépointage du faisceau est réalisée par la déviation périodique du faisceau lui-même; l'erreur de pointage due au bruit thermique est examinée ainsi que le temps de réponse du système de poursuite

Les antennes intégrées sur des plates-formes terrestres ou aériennes seront un des points clés dans les futurs systèmes de communications par satellite. Parallèlement, l'augmentation des débits de données conjuguée à la saturation des bandes de fréquences usuelles conduit à une montée en fréquences des liaisons de données par satellites. Les travaux présentés s'inscrivent dans ce contexte, ils ont pour objet l'étude, le design et le développement d'un réseau d'antennes à balayage électronique sur drone fonctionnant à 30GHz. L'étude porte tout d'abord à la définition des caractéristiques types d'un système antennaire monté sur drone. Elle se poursuit par l'analyse, le design et la réalisation de composants du système antennaire (sources rayonnantes et déphaseurs). La dernière partie de l'étude, porte sur la mise en œuvre d'une antenne à balayage électronique fonctionnant à 30 GHz
Low profile antennas will be important in future communications. Low profile phased array antennas allow to make easier the antenna integration and to shift the main beam over a wide area. At the same time, the increase of data rates and the saturation of classical frequency bands lead to operate data transmission at higher frequencies. The aim of this work is so the study, the design and the making of a phased array antenna for high data rate SATCOM on UAV (Unmanned Aerial Vehical) at 30 GHz. Firstly, the main characteristics of the phased array antenna have been defined. After, three printed antennas have been designed, made and measured, in order to have a wide scan phased array with a good circularly polarization. Phase shifters with varactor diodes have been also studied. The purpose is to minimize the insertion loss and to have a 360° phase shift. Finally, a phase array antenna has been designed, from the previous studies

La demande toujours croissante de connectivité et de débit de données requiert une rupture dans la conception des futurs réseaux de communication et systèmes radio. Plusieurs applications émergentes en bande millimétrique, notamment les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) et les communications satellites, exigent des antennes large bande qui assurent une grande couverture angulaire, tout en étant à la fois compactes, facilement intégrables et à bas coût.Cette thèse propose des systèmes antennaires multifaisceaux large bande et à très grande couverture angulaire, appelés «Continuous Transverse Stub Antenna» (CTS), pour réaliser un bon compromis de l’ensemble de ces objectifs. L’architecture de l’antenne comprend un réseau de fentes longues excitées par un réseau d’alimentation en chandelier, basé sur des guides d’onde à plans parallèles. Cette structure est excitée par un formateur de faisceaux quasi-optique co-intégré. La première partie du manuscrit présent des nouveaux modèles numériques qui facilitent la conception de chaque sous-système de l’antenne et permettent l’analyse des performances globales, soit en termes d’adaptation, soit en termes de diagrammes de rayonnement. Ces outils sont exploités pour la conception d’antenne et pour étudier les limites en balayage. La thèse se poursuit en présentant de nouvelles solutions technologiques et de nouveaux design pour intégrer les antennes CTS dans des modules multicouches planaires et à faible profil. La conception et la caractérisation de deux antennes intégrées en technologie LTCC pour des points d’accès 5G à 60 GHz sont discutées. L’une des deux est à faisceau fixe, l’autre est à balayage électronique, avec une couverture de ±40°, de faibles lobes secondaires et un niveau élevé de recoupement des faisceaux. Enfin, nous proposons l’association de radomes polarisants planaires à faible profil aux antennes CTS, pour réaliser des systèmes rayonnants en polarisation circulaire. Une méthodologie systématique pour la conception de polarisateurs à très large bande est présentée, ainsi qu’un design couvrant entièrement la bande Ka pour des applications satellites
The ever-growing demand for fast and seamless connectivity shows the need of new wireless standards and technologies. Novel broadband, wide-angle scanning antennas achieving an optimal trade-off among size, gain, efficiency and costs are crucial to the development of emerging applications at millimeter waves, such as fifth-generation (5G) mobile networks and satellite communications. In this thesis, multibeam parallel-fed continuous transverse stub (CTS) array antennas are proposed as possible candidates for future mm-wave communications and are developed to tackle these requirements. The antenna architecture comprises an array of long slots, a corporate feed network based on parallel plate waveguides (PPWs) and an integrated quasi-optical beamformer. First, novel numerical models for the analysis of each subsystem and of the overall antenna, are presented, which enable an efficient and modular design of CTS antennas. These tools are exploited to derive design guidelines and assess the scanning performance. Then, novel design and technological solutions for the integration of CTS antennas in flat, low-profile multilayer modules are discussed. The design and characterization of two prototypes in LTCC technology, for 60-GHz mobile access points are presented: a fixed beam array and a switched-beam antenna with a field of view of ±40°, low SLLs and high beam overlap. Finally, planar linear-to-circular polarization converters are proposed to realize circularly polarized CTS antenna systems. A procedure to achieve an ultra-wideband, low-loss polarization conversion is outlined and a design for Ka-band satellite application is presented

Nous étudions la mise en oeuvre d ‘antenne à balayage électronique dédiés aux applications de communications par satellite géostationnaire. Les structures développées sont adaptées pour être embarquées dans un avion ou un train. L'architecture de l'antenne développée est constituée d’un double réseau linéaire dans deux dimmensions transverses. Le balayage dans chaque réseau linéaire est assuré par des lignes coplanaires à métamateriaux contrôlées par varactor. Nous porposons de nouvelles méthodes de caracterisation des discontinuités en ligne coplanaire pour la conception de la ligne. De plus, un système de prélèvement d'énergie a dû être conçu afin d'alimenter des éléments rayonnants et testé avec différentes antennes patch. Enfin, nous envisageons la co-intégration des structures rayonnantes et des lignes CRLH ainsi que le contrôle électronique par les diodes
We are studying the implementation of 'Scanning Antenna dedicated to the applications of satellite communications geostationary. The structures developed are suitable for to be on board an airplane or a train. The architecture of the antenna developed consists of a double linear network in two transverse dimmensions. The scan in each network is provided by the lines coplanar to metamaterials controlled by varactor. We porposons of new methods characterization of discontinuities coplanar online for the line design. In addition, a energy harvesting system has be designed to feed radiating elements and tested with patch different antennas. Finally, we are considering co-integration radiating structures and CRLH lines as well as control electronic by the diodes

Les antennes reflectarrays constituent une solution innovante pour des applications spatiales et radars étant donné leur capacité à combiner les atouts des antennes réseaux et des antennes à réflecteur. Un reflectarray est composé d’une source primaire placée devant un réseau de cellules contrôlant les propriétés du champ réfléchi. Cette unique source alimente le réseau et évite la mise en place d’un circuit de distribution complexe et dissipatif propre aux antennes réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la simulation électromagnétique des reflectarrays à balayage électronique. Les outils actuels de simulation des reflectarrays à balayage électronique négligent ou approximent les couplages mutuels entre cellules pouvant conduire à des erreurs sur le diagramme de rayonnement. La simulation d’un reflectarray engendre, par ailleurs, des traitements complexes et des temps de calcul importants. L’enjeu de la simulation est donc de réduire les temps de calcul en conservant un haut degré de précision dans l’optique d’optimiser les performances en rayonnement et les délais de conception. Dans cette perspective, deux nouvelles méthodes ont été proposées :la première première méthode est consacrée à l’analyse fine du champ rayonné par l’antenne. Elle combine l’approche de la cellule environnée, développée par M. -A. Milon, et la technique de compression, généralement utilisée dans un contexte d’analyse de circuits. L’apport essentiel de la méthode réside dans l’extension de la technique de compression au traitement du champ rayonné pour l’analyse de cellules actives dans leur environnement réel. - La seconde méthode permet de calculer les réponses en phase d’une cellule du réseau en prenant en compte les effets des couplages mutuels issus des cellules environnantes. Ces réponses sont ensuite utilisées pour électionner la répartition optimale des états des cellules afin d’assurer un dépointage dans une direction. L’applicabilité de ces deux méthodes est démontrée par la simulation de différentes configurations de réseaux de cellules actives à base de diodes PIN. Le bon accord des résultats entre les méthodes proposées et des simulations de référence montre qu’elles constituent une alternative intéressante aux approches classiques. L’exploitation des méthodes est réalisée pour l’étude d’un reflectarray à balayage électronique développé par Thales Systèmes Aéroportés et le CNES fonctionnant en bande X. Cette étude a montré que les deux méthodes répondent à des objectifs industriels et scientifiques en termes de précision dans l’estimation des performances et de temps de calcul accessibles
Reflectarray antenna is a promising solution for space communications and radar applications as it combines attractive features of reflector and array antennas. A reflectarray consists of an array of reflecting cells fed by a horn antenna. Each cell introduces an appropriate phase-shift to the incident wave to steer the main beam in a desired direction. Thanks to the primary feed horn, the complex feed network that characterizes phased array antennas is not required anymore. This thesis focuses on the electromagnetic simulation of reconfigurable reflectarrays (RRA) with electronic beam scanning. The current simulation approaches of RRA ignore or approximate the mutual coupling effects between cells which lead to prediction errors on the radiation pattern. The simulation of RRA generates complex treatments and requires significant computation time and memory resources. The simulation challenge is to reduce the computation time while preserving high accuracy so as to optimize the radiation performances and the design process. In this context, two innovative methods have been proposed: - The first method is dedicated to the thorough analysis of the field radiated by the reflectarray. It combines the 'surrounded-element' approach developed by M. -A. Milon and the compression technique which is generally used for circuit analysis. The extension of the compression technique to compute the field radiated by active cells in their actual environment is the key contribution of the method. The second method computes the phase responses of an active cell taking into account mutual coupling from the surrounded cells. The responses are used to select the optimal configuration of the states of the cells so as to provide a pencil beam in a specific direction. Different test cases of active arrays with PIN diodes are considered to demonstrate the performance and the applicability of the two methods for solving the electromagnetic problems associated with RRA. The validation procedure has proved that the methods offer an interesting alternative to classical approaches. The methods are applied to an X-band RRA designed by Thales Systèmes Aéroportés and the space agency CNES. This study has shown that the two methods meet the scientific and industrial objectives in terms of prediction accuracy and short computation time

Cette thèse porte sur l'étude, la conception et la réalisation d'antennes à réseau transmetteur à reconfiguration électronique de faisceau. Un réseau transmetteur se compose d'une ou plusieurs sources focales qui illuminent un réseau de cellules élémentaires. La puissance incidente sur le réseau est transmise dans l'espace libre comme dans le cas d'une lentille. Des déphaseurs sont intégrés sur le réseau afin de contrôler la distribution de phase sur l'ouverture de l'antenne. En modifiant cette distribution de phase, nous pouvons générer un faisceau dans une direction donnée et/ou synthétiser un diagramme avec un gabarit défini. Les performances théoriques des réseaux transmetteurs sont analysées en détail en utilisant un simulateur numérique ad hoc basé sur un modèle analytique. Une technique pour la réduction de la distance focale basée sur l'utilisation de plusieurs sources focales et une méthode de réduction des pertes par débordement en utilisant une source focale à faisceau formé sont aussi présentées. Un prototype de réseau transmetteur à reconfiguration électronique de faisceau en bande X a été conçu, réalisé et caractérisé. Ce prototype, en polarisation linéaire, se compose de 20×20 cellules élémentaires. 800 diodes PIN ont été intégrées sur ce réseau afin de contrôler la phase de transmission de chaque élément rayonnant. Un gain maximal dans l'axe de 22,7 dBi, une bande passante de 1,56 GHz (15,6% à 10 GHz), un rendement total de 52,9% et une capacité de dépointage 2D de ±70° ont été mesurés. Enfin la possibilité d'utiliser des interrupteurs MEMS pour réduire les pertes d'insertion de la cellule élémentaire et la consommation totale de puissance a été étudiée
This PhD thesis investigates the design and realisation of electronically reconfigurable transmit-array antennas. A transmit-array is composed of one or more focal sources illuminating a first antenna array operating in receive mode and connected, using phase-shift elements, to a second antenna array operating in transmission mode. The incident power received on the first array, as in the case of a lens, is transmitted in the free space and can be focused or collimated by tuning the transmission phase of the unit-cells in order to obtain a specific phase distribution across the array aperture. Beam-steering and beam-forming can be achieved using electronically tunable unit-cells. A theoretical study of transmit-arrays performances has been carried out using an in-house CAD tool based on analytical formulas. The reduction of the focal distance using multiple feeds and the reduction of the spill-over losses using a beam-formed focal source have been investigated as well. A linearly-polarized electronically reconfigurable transmit-array at X-band frequencies has been designed and demonstrated. This prototype is composed of 20×20 unit-cells. 800 PIN diodes have been integrated on the array in order to control the transmission phase of each unit-cell. A maximum broadside gain of 22,7 dBi, a bandwidth of 1,56 GHz (15,6% at 10 GHz), a total efficiency of 52,9% , and a 2D beam-steering capability of ±70% have been measured. Finally, the use of RF-MEMS switches to reduce the unit-cell insertion losses and the transmit-array total power consumption has been investigated

Le déphaseur en ligne microruban sur substrat ferrite à polarisation longitudinale constitue une solution originale pour les antennes en reseau à balayage électronique dans deux plans; de plus, il permet la réalisation de diviseurs de puissance variable autorisant ainsi le controle de l'amplitude et de la phase des ondes alimentant chaque source élémentaire. L'auteur a étudié les possibilités d'intégration de ce déphaseur dans un réseau à diagramme adaptatif.

L'électronique embarquée est un marché porteur dans le secteur de l'automobile. Les systèmes d'assistance à la conduite, et notamment les radars d'assistance au freinage d'urgence connaissent aujourd'hui un essor très important. Le niveau de complexité et la variété des scénarii routiers de fonctionnement du radar impliquent des performances de détection élevées associées à des contraintes de compacité et de faible coût. Le système antennaire se doit d'être le plus agile possible a fin de couvrir des situations courte portée (urbaine) et longue portée (extra-urbaine). Dans ce travail, nous allons chercher à établir les scénarii de fonctionnement permettant d'établir le cahier des charges pour ensuite dresser un bilan des antennes à grand gain pouvant représenter un intérêt pour notre étude. Ainsi, nous en choisirons une et nous chercherons à dimensionner la solution capable d'effectuer un balayage de faisceaux a fin de couvrir les exigences des constructeurs automobiles vis à vis de la prochaine génération de radar d'assistance au freinage d'urgence
Embedded electronics is a growth market in the automotive industry. Driving assistance system and especially emergency braking assistance radar knows a very important expansion. The need for high gain antenna, low cost and compact systems is a challenge when simultaneously it is necessary to succesfully resolve complex road scenarii. We must succeed to achieve an antenna system able to operate in short range (city) and long range (highway) in the 76-77 GHz frequency band. In this work, we identi ed and analyzed the main scenarii in order to defi ne the radar and antennas requirements. Then we will list the high gain antennas solutions which could be of interest in our case. Afterwards, we will design an antenna able of scanning in order to cover the requirements of automotive manufacturers for next radar generation

L'augmentation des exigences en matière de sécurité dans l'automobile impose des scénarii routiers complexes et variés impliquant des performances de détection élevées des radars automobiles d'assistance, associées à des contraintes de compacité et de faible coût. Ainsi, le système antennaire doit être le plus agile possible pour satisfaire les attentes des générations futures en termes de champs de vision, précision en angle, vitesse, distance etc. . . Le travail de cette thèse porte sur la conception d'antennes reconfigurables pour les radars automobiles à 77 GHz et leurs applications à la sécurité active. Après identification des futurs besoins, nous avons effectué une étude bibliographique précise et critique des solutions antennaires possibles ; nous sommes ainsi parvenus à établir une matrice de choix prenant en compte de nombreux critères (performances, coûts, maturité technologique. . . ). Notre choix s'est finalement arrêté sur les antennes à ondes de fuite. Plusieurs solutions ont été étudiées et une solution originale a été identifiée. Cette dernière a été pré-dimensionnée d'abord en 2D et ensuite simulée en 3D pour aboutir à une conception précise. Une solution permettant le balayage du faisceau à fréquence fixe a également été proposée. L'influence de l'environnement proche de l'antenne a enfin été étudiée et les résultats numériques ont été validés expérimentalement à 77 GHz par la fabrication d'un prototype
As the number of road crashes keeps on increasing, safety has become a key differentiator in the automotive industry. Future generations of automotive radars are required to resolve complex vehicular traffic scenarios while satisfying a difficult balance between high-performance and low cost. The antenna concept must allow a high degree of flexibility to meet the expectations in terms of field of view, range / velocity / angle measurements. . . The main objective of this thesis is the design of reconfigurable antennas for automotive radars at 77 GHz. Following the definition of the future requirements on bothsystem and antenna levels, we conducted a detailed state-of-art review of the possible solutions. Hence,we established three matrices of choices that take into account several criteria such as performance, cost, maturity of the technology. Our choice fell on designing fixed-frequency reconfigurable leaky-wave antennas. Based on this concept, several solutions have been studied and an original solution has been identified. The latter has been pre-designed in 2D then simulated and optimized in 3D. A fixed-frequency beam-steering solution has also been proposed. Finally, an antenna prototype has beencharacterized, fabricated and measured to validate the numerical results at 77 GHz

La diffusion croissante des systèmes de radionavigation comme le GPS (Global Positionning System) a permis d'inonder le marché mondial d'un grand nombre de nouveaux récepteurs associant à la fois de bonnes performances, un faible encombrement et une consommation réduite. De plus, le déploiement du nouveau système de radio navigation européen Galileo et sa combinaison avec le GPS autorisera l'implémentation d'applications plus fiables et à précision élevée. Les systèmes de radionavigation ont généralement besoin d'antennes multi-bandes compactes performantes à polarisation circulaire. La couverture hémisphérique est très utile pour les communications par satellites en général et pour la radio navigation en particulier car les terminaux doivent recevoir des signaux de tout relais ou tout satellite. Les Antennes Hélices Quadrifilaires Imprimées (AHQI), amélioration des Antennes Hélices Quadrifilaires Résonnantes (AHQR) sont des candidates attractives pour ces systèmes satellitaires grâce à leurs performances radioélectriques remplissant les conditions imposées sus citées. Par contre, deux handicaps majeurs qui méritent d'être remédiés, limitent l'utilisation de ces antennes dans les terminaux portables : la taille (surtout en hauteur) et le fonctionnement monobande. Dans ce travail de thèse, plusieurs topologies d'antennes HQI compactes et bi-bandes voire multi bandes sont donc présentées. Elles offrent des rapports de fréquences de résonnances ajustables avec un taux de réduction pouvant aller jusqu'à 73 %. Les antennes proposées autorisent des diagrammes de rayonnement stables aux différentes fréquences de fonctionnement des systèmes GPS, L1/L2 ou L1/L5 avec un bon compromis entre l'adaptation, l'efficacité et la qualité de polarisation
The increasing availability of navigation systems like GPS (Global Positioning System) was used to flood the world market by a large number of new receivers combining good performance, small size and low power consumption. In addition, deployment of new European radio navigation system, Galileo, and its combination with GPS will allow the implementation of application more reliable high accuracy. Navigation systems generally require multi-band antennas compact circular polarization performance. Hemispherical coverage is also desirable for satellite communications in general and navigation in particular because the terminal must receive signals from any relay or satellite. Printed Quadrifilar Helical Antennas (PQHA), improved Resonant Quadrifilar Helical Antennas (RQHA) are attractive candidates for these satellite systems through their radio performance fulfilling the conditions mentioned above. However, two major handicaps that need to be remedied, limit the use of these antennas in mobile devices including : size (especially height) and the single-band operation. In this thesis, several antennas topologies HQI compact dual-band or multi-band are presented. They provide reports of resonant frequencies with adjustable rate reduction of up to 73 %. The proposed antennas allow stable radiation patterns at different frequencies of operation of GPS, L1/L2 or L1/L5 with a good compromise between adaptation, effectivenesse and quality of polarization