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Besoins adressés et antennes compactes à fort gain
Les systèmes antennaires radioélectriques sont des dispositifs permettant de transmettre et de recevoir un signal véhiculé par une onde électromagnétique. La maitrise de leur conception et leur utilisation dans diverses applications a contribué à changer la face du monde au cours du siècle précédent. Les applications qui reposent sur ces systèmes antennaires concernent la plupart des applications modernes dont la transmission d’information par voie hertzienne, la diffusion multimédia de masse ainsi que le domaine de la détection avec des radars civils et militaires. A travers ces systèmes, différents points du globe ont été connectés favorisant ainsi la diffusion de la connaissance et les échanges culturels à l’échelle planétaire.
De façon générale, un système antennaire radioélectrique s’étudie principalement à 3 niveaux d’une chaine qui sont l’étage d’émission, l’espace de propagation et l’étage de réception. L’étage d’émission a pour rôle de mettre en forme le signal puis de le rayonner dans l’espace de propagation. L’espace de propagation est un milieu où évolue le signal selon les lois de l’électromagnétisme tout en tenant compte des propriétés électriques des constituants du milieu. L’étage de réception joue un rôle réciproque à celui de l’émission, c’est-à-dire capter le rayonnement puis en extraire les signaux utiles. Les antennes radioélectriques qui sont le principal sujet de ce travail de thèse, sont au cœur de cette chaine. Elles constituent l’interface de transition entre les étages émission/réception et l’espace de propagation. Du fait de leur rôle central d’interface, les caractéristiques radioélectriques de ces antennes sont décisives dans la qualité d’un système antennaire radioélectrique. Leur conception repose sur l’utilisation des lois de l’électromagnétisme avec pour objectif principal de favoriser le transfert optimal du signal à l’interface de transition. La Figure 1 illustre le schéma de principe d’un système antennaire radioélectrique.
Besoins adressés et antennes compactes à fort gain
Besoins concernant les antennes compactes à fort gain
Parmi la multitude d’antennes qui existent, on s’intéresse aux antennes compactes à fort gain de la bande millimétrique couvrant les fréquences de 30 GHz à 300 GHz. Le gain d’une antenne s’exprime comme le rapport entre la puissance émise dans la direction principale de rayonnement et la puissance émise par une antenne isotrope. Le terme fort gain concerne les antennes ayant un gain supérieur à 30 dBi, soit 1000 fois la puissance rayonnée par une antenne isotrope. Il s’agit d’antennes très directives. Les applications ciblées par le développement de ces antennes compactes à fort gain sont nombreuses et couvrent les applications de communication satellitaire sur systèmes embarqués civils ou militaires, les liaisons discrètes point à point et les applications radar.
Communications satellitaires avec un porteur mobile
Le marché des satellites est un marché en forte croissance avec près de 150 satellites lancés par an [11]. Ces satellites artificiels couvrent un large domaine d’applications dont les télécommunications, la géolocalisation, la météorologie ainsi que l’observation de la terre et de l’univers. Dans le domaine des télécommunications et de la diffusion multimédia, l’atout principal d’un satellite réside dans la largeur de sa zone de couverture de taille continentale. Il en résulte que l’exploitation d’un satellite pourrait avantageusement remplacer tout une infrastructure terrestre en termes de coût. Les satellites de télécommunication de première génération souffraient d’une faible puissance d’émission. Ce qui nécessitait pour la réception des tailles d’antenne très grande pour assurer le bilan de liaison, donc non intégrables sur des porteurs. L’augmentation de la puissance délivrée par les satellites de nouvelles générations couplée à l’amélioration de la sensibilité des systèmes de réception (amplificateur faible bruit) a permis l’utilisation d’antennes de réception de plus petite taille et ouvert la voie à un potentiel nouveau marché de masse pour la diffusion audiovisuelle et la connectivité internet mobile à haut débit. En plus, l’utilisation de nouveaux satellites évoluant sur des orbites plus basses (orbite basse pour la constellation LEO2 et moyenne pour MEO3) permettra à la fois d’améliorer la latence rencontrée dans les connections satellitaires ainsi que le bilan de liaison, avec une possibilité d’utiliser des antennes de taille encore plus compacte. Un des axes de recherche sur les dispositifs de réception satellitaire concerne ainsi le développement d’antennes compactes à fort gain, facilement intégrables sur un porteur et capable d’orienter le faisceau pour la réception du signal satellitaire à partir d’une installation sur un porteur mobile. Une technologie bas coût permettrait l’adressage d’un marché à fort potentiel. De telles antennes de réception permettraient de bénéficier d’un accès haut débit et stable comparable à ceux d’une architecture fixe et ce quelle que soit la position sur le globe, en situation fixe ou de mouvement.
Communications point à point
Des communications hertziennes de courte portée sont souvent utilisées pour transmettre des signaux entre les infrastructures d’un réseau de communication. Ceci est fait en utilisant des antennes très directives soit pour une liaison point à point ou une liaison point à multipoint. A titre d’exemple, dans l’architecture réseau d’un opérateur, des liaisons de type relai point à point ou point à multipoint sont utilisées en tant que répéteur hertzien pour acheminer de grandes quantités d’information d’une station du réseau à une autre sans passer par une liaison filaire couteuse et non reconfigurable en cas de changement de la topologie du réseau. Les fréquences de la bande millimétrique autour de 40 GHz sont utilisées pour bénéficier d’une large bande passante. Les contraintes principales de ce type d’antenne sont liées à l’aptitude à former correctement le faisceau ainsi que le volume d’encombrement global de l’antenne. En effet, la taille de l’antenne va directement impacter le prix de location du mat sur lequel est installée cette dernière. Ainsi des antennes compactes à fort gain sont recherchées pour ce type de liaison.
Un autre exemple concerne les communications utilisées dans le théâtre d’une opération militaire. Des communications locales à courte portée, ne passant donc pas par un relais satellitaire, ont été utilisées pour établir une liaison entre des éléments d’un même camp et leur plateforme de commandement. Cette liaison directe permet ainsi d’éviter l’interception des communications par le camp adverse. La raie d’absorption de l’oxygène à 60 GHz a ainsi été mise à profit pour encore améliorer la discrétion des communications par faisceau hertzien. Les antennes remplissant ces objectifs se doivent d’être directives, discrètes et efficaces.
Application de radar embarqué
Les radars sont des systèmes de détection et de localisation à l’aide des ondes électromagnétiques. Leur fonctionnement repose sur le traitement d’un signal réfléchi par une cible afin d’en extraire différentes informations telle que la position et la vitesse. Elles sont utilisées dans le domaine militaire pour la protection territoriale, le domaine civil pour le trafic aérien, la météorologie pour le sondage des nuages, la détection d’obstacle et l’aide à la conduite sur une voiture. Leur utilisation croissante dans les systèmes embarqués ainsi que la contrainte de compacité requise par ces derniers nécessitent un besoin d’antennes compactes à fort gain, performantes et compétitives en termes de coût de fabrication.
Caractéristiques recherchées pour une antenne directive compacte
Les quelques applications précédemment présentées permettent d’entrevoir les caractéristiques idéales recherchées pour une antenne compacte à fort gain. Cette dernière a pour fonction principale de rayonner efficacement la puissance électrique qui lui est fournie dans une direction cible tout en minimisant le rayonnement dans toute autre direction. Elle doit en outre avoir de faibles niveaux de lobes secondaires au niveau du diagramme de rayonnement, ainsi qu’une bonne efficacité de la conversion de l’énergie électrique vers l’énergie rayonnée. Une très bonne discrimination de polarisation est aussi recherchée afin d’éviter les pertes dues à la répartition de puissance non voulue sur 2 polarisations orthogonales, ceci tout en offrant la possibilité d’utilisation simultanée des 2 polarisations. Un fonctionnement sur une large bande de fréquence autour de la fréquence nominale est recherché, l’exploitation de cette largeur de bande dépend de l’application visée. Un autre atout important et donc recherché pour une exploitation dans les systèmes embarqués est lié à la capacité à pointer des directions différentes, l’antenne doit maximiser l’angle de dépointage du faisceau accessible. L’ensemble de ces contraintes doit être compatible avec la réduction de l’encombrement de l’antenne tout en ayant un coût de fabrication compétitif par rapport à ce qui est commercialement disponible.
Etat de l’art sur les antennes compactes à fort gain
L’état de l’art sur les antennes compactes à fort gain présenté ici est non exhaustif. On s’est attaché à présenter les technologies les plus citées dans la littérature. Chaque antenne est présentée avec ses points forts et faibles puis examinée vis-à-vis des caractéristiques recherchées :
1. Fort gain
2. Large bande passante
3. Grands angles accessibles pour le dépointage du faisceau
4. Faible encombrement
5. Faible complexité de fabrication
Antenne réseau active à balayage électronique
L’antenne réseau active est constituée d’un ensemble d’antennes sources élémentaires (ouverture d’un guide d’onde, fentes…) amplifiées et disposées en réseau. Elles sont munies chacune d’un module de contrôle en amplitude et en phase du signal à émettre. Leur développement est récent avec des publications remontant aux années 1990 pour les applications radar [16]. En effet, c’est la baisse des budgets de la défense couplée à la menace des avions furtifs qui a impulsé un besoin nouveau d’antennes aux spécifications multiples (compatibilité en mode défense et attaque) pour remplacer un ensemble d’antenne où cela aurait été nécessaire auparavant. Leur réalisation n’a été rendue possible qu’avec l’arrivée à maturité de la technologie des circuits intégrés monolithiques hyperfréquence MMIC4 dans les années 80 [17] qui a permis de réduire les coûts de fabrication, le poids des antennes, et d’améliorer la compacité du système complet le rendant apte à une intégration sur des porteurs [18].
Le principe de fonctionnement repose sur celui des antennes réseaux. La direction de focalisation du faisceau est celle où la recombinaison spatiale des sources élémentaires est maximale, cette direction est contrôlée par le déphasage entre les différentes sources. Le principe de fonctionnement d’un réseau d’antennes est illustré sur la Figure 6.
L’atout d’une antenne active par rapport à une antenne passive est lié à la possibilité de commander de façon indépendante les différents modules émetteurs-récepteurs. Ainsi un ensemble de sous-modules peut être utilisé pour une fonction spécifique (brouillage, poursuite…). L’indépendance des modules permet de maintenir la robustesse de l’antenne, une panne sur un des modules n’empêche pas le fonctionnement global de l’antenne. La portée peut être améliorée de 20 à 70 % par rapport à une antenne passive.
Ce type d’antenne est cependant complexe car constituée d’un grand nombre de modules indépendants, dits modules actifs d’émission/réception, de l’ordre du millier. La Figure 7 illustre les éléments constitutifs d’une antenne active. La conception et le fonctionnement d’une telle antenne conduit nécessairement à résoudre un certain nombre de difficultés.
Pour réaliser un diagramme de rayonnement finement contrôlé et éviter une remontée du niveau des lobes secondaires liée à la disposition en réseau des sources élémentaires, l’espacement entre les sources doit être inférieur ou égal à la moitié de la longueur d’onde de travail. Or pour obtenir un grand gain, il faut de grandes surfaces rapportées à la longueur d’onde. Ceci nécessite que le nombre de sources élémentaires soit élevé. Ce grand nombre d’antennes élémentaires entraine une complexité dans l’intégration des circuits de distribution des signaux hyperfréquences, des informations logiques de commande, de l’alimentation des étages d’amplification et des commandes logiques.
De plus, les modules actifs n’ont pas un comportement strictement identique, d’autant plus que celui-ci peut évoluer au cours du temps. Il est donc nécessaire de procéder à leur étalonnage pour extraire leur comportement. Cette phase d’étalonnage permet d’accorder au mieux les commandes logiques générées au diagramme de rayonnement réel attendu. Plusieurs facteurs nécessitent cette phase d’étalonnage. Ce sont la dispersion de fabrication entrainant une différence de réponse d’un module à l’autre, la différence de comportement des modules en fonction de la fréquence de travail, la modification du comportement des étages d’amplification en fonction de la température, les déformations qui sont dues aux contraintes mécaniques, thermiques ou d’alignement dans le montage.
Les étages d’amplification et le confinement étroit des composants de l’antenne active sont à l’origine d’une augmentation de la température. Une température élevée dégrade les performances des composants, c’est pourquoi il est nécessaire d’associer un circuit de refroidissement au circuit de distribution de base afin de maintenir les performances.
Dans une antenne à balayage électronique, la formation et le dépointage du faisceau ne se fait pas par un positionnement mécanique à 2 axes. Une fois la consigne sur la forme du faisceau et sa direction fournies, le calcul de l’amplitude et de la phase du signal pour chaque antenne élémentaire est effectué par un calculateur ayant recours à des techniques de traitement du signal en temps réel. Cette information est ensuite convertie puis transmise aux circuits de commande des modules actifs.
Sur la Figure 8, l’intégration compacte des différents éléments d’une antenne active est illustrée.
En résumé, bien qu’adaptée en termes de performances aux applications nécessitant un fort gain et d’un dépointage du faisceau, la complexité dans la conception des antennes actives entrainent des coûts de fabrications très élevés, de ce fait, elles sont surdimensionnées pour de simples applications de focalisation où la rapidité de modification de la direction du faisceau n’est pas une priorité. Aujourd’hui, ces antennes actives sont réservées à une niche d’applications spécifiquement militaires tels que les radars équipant les avions de chasse, ou des radars de veille. Elles ne sont donc pas en l’état actuel destinées à un marché grand public.
Antenne à réflecteur parabolique
La première antenne basée sur l’utilisation d’un réflecteur est celle de Hertz en 1888 [20]. Il utilisa un réflecteur cylindrique excité par un dipôle électrique pour transmettre et recevoir une onde électromagnétique, démontrant ainsi expérimentalement les prédictions de Maxwell. L’antenne à réflecteur parabolique qui constitue la forme d’antenne réflecteur de référence est l’une des plus utilisées dans les applications nécessitant une focalisation du rayonnement. Elle est dans sa forme de base constituée d’une source primaire placée au foyer d’un paraboloïde de révolution. Le rayonnement quasi-sphérique de cette source primaire est intercepté puis réfléchi par le réflecteur parabolique. En sortie d’antenne, une onde dirigée quasi-plane est obtenue. Le principe de fonctionnement de cette antenne est illustré sur la Figure 9.
L’atout principal du réflecteur parabolique est d’atteindre des gains élevés nécessaires et favorables à un bon bilan de liaison, avec un fonctionnement théoriquement non limité en bande. De façon générale, les reproches faits à cette antenne sont une forte sensibilité aux erreurs de fabrication [22]. L’état de surface de la parabole doit être maitrisé avec une tolérance plus petite que 5% de la longueur d’onde pour éviter les erreurs de phase. On voit sur la Figure 10 qu’au fur et à mesure que les erreurs de surface augmentent, erreurs exprimées ici par l’écart type moyen de phase δ(radian) du profil de surface réel par rapport à un état de surface parfait, le gain dans l’axe diminue suivi d’une remontée du niveau des lobes secondaires, ce qui est une forte contrainte de précision sur les outils de fabrication aux courtes longueurs d’onde des fréquences de la bande millimétrique, entrainant ainsi un prix de fabrication élevé.
L’antenne à réflecteur parabolique souffre de plus du masquage de source [24] caractérisant les systèmes fonctionnant en réflexion. Ce masquage dépend de la taille de la source primaire et de ses éléments de support, ce qui entraine une remontée des lobes secondaires dans le diagramme de rayonnement. Ce masquage de source augmente et constitue une limitation lorsqu’on cherche à réduire l’encombrement global de l’antenne. L’efficacité d’ouverture maximale dans des conditions idéales de fonctionnement (état de surface parfait et grande distance focale) pour la configuration centrée du réflecteur parabolique est d’environ 60%. On a aussi une limitation en capacité de dépointage du faisceau due au profil courbe de la surface du réflecteur. Ces différentes limitations sont rédhibitoires dans le cadre d’un système embarqué à faible encombrement.
Des techniques existent cependant pour contourner chacune de ces limitations. Pour réduire les effets du masquage de source, des configurations d’antenne dites en offset [25] sont utilisées. Ces configurations en offset améliorent l’efficacité d’ouverture pour atteindre 70%. Dans une configuration en offset, la source primaire est décalée de l’axe du réflecteur principal. Ce décalage entraine une modification de la loi d’illumination au niveau du réflecteur et réduit la portion de rayonnement réfléchie masquée par la source primaire. Cependant ce décalage a pour conséquence une augmentation de la polarisation croisée rayonnée, affectant alors la pureté de polarisation de l’antenne dans le cas d’utilisation en polarisation linéaire. Il convient alors de trouver un compromis entre la maximisation du gain et la limitation de la polarisation croisée. D’autres techniques utilisant 2 réflecteurs dans des configurations dites Cassegrain et Grégorien existent et sont utilisées pour porter l’efficacité d’ouverture des antennes parabolique à 80%, mais ceci est au prix d’une augmentation de la complexité globale de l’antenne et donc
du coût de cette dernière.
Pour dépointer le faisceau, la solution classique consiste à déplacer la source RF dans le plan focal de la parabole. Un faible décalage permet de changer la direction du faisceau émergent au prix d’une réduction du gain de l’antenne. Cette technique est souvent utilisée pour les applications multifaisceaux satellitaires permettant de cibler simultanément plusieurs satellites. Cette technique est illustrée par la Figure 12.
Figure 12 : Dépointage du faisceau d’antenne par déplacement dans le plan focal [21].
Les angles de dépointage accessibles de cette façon sont cependant faibles, généralement inférieurs à 10°, ce qui est une sévère limitation dans les applications pour systèmes embarqués. Lorsque l’application nécessite des angles de dépointages plus élevés et un pointage dynamique, le système d’antenne à réflecteur est motorisé. Ainsi la fonction de pointage du faisceau est désormais assurée mécaniquement. L’inconvénient de cette méthode de pointage est lié au volume d’encombrement nécessaire au débattement de l’antenne. Ce volume impacte fortement les systèmes embarqués sur lesquels les antennes sont intégrées. Outre la complexité de la mécanique de pointage à 2 axes de rotation, cela affecte la discrétion de l’antenne (Figure 13) et parfois le profil aérodynamique du porteur. C’est l’une des limitations principales de la parabole qui a poussé au développement d’antennes compactes plus discrètes.
En résumé, les antennes à réflecteur parabolique sont une référence en termes de gain atteignable dans des configurations où l’encombrement n’est pas une contrainte. Cependant, dans le cas contraire, les limitations du masquage de source, l’encombrement nécessaire au dépointage associé à un coût de fabrication élevé dans les fréquences microondes n’en fait pas une solution idéale.
Réseau d’antennes imprimées (patchs)
Le concept d’antennes imprimées remonte aux années 50 [26], mais une attention sérieuse ne leur a été portée qu’à partir des années 70. Dans sa configuration basique une antenne imprimée (patch) est constituée d’une couche métallique surmontant une fine couche de substrat diélectrique le tout reposant sur un plan de masse [27]. Un réseau d’antennes imprimées est un dispositif rayonnant formé par l’association de plusieurs antennes imprimées élémentaires. Ces sources sont en général des patchs ayant un gain de 5 à 7 dBi. C’est l’association de ces sources qui permet d’atteindre des gains élevés. La mise en phase des différents patchs sources est effectuée grâce à un réseau de répartition. La Figure 14 présente une antenne patch élémentaire et la Figure 15 montre deux réseaux d’antennes patch.
Le réseau d’antennes imprimées permet de satisfaire la contrainte de compacité qui est l’une des plus fondamentales dans un système embarqué. En effet les antennes imprimées permettent de garder un profil discret, facilitant leur fabrication par des technologies à bas coût de circuit imprimé déjà maitrisées, ainsi que leur intégration dans les circuits micro-ondes. Ce profil discret les rend aussi aptes à une disposition pour la réalisation d’antennes conformes [29]. Ces antennes permettent une maitrise de la polarisation qui est liée au choix de l’orientation des patchs.
Il subsiste cependant plusieurs limitations avec cette technologie d’antenne. En effet, des performances élevées en gain ne peuvent être obtenues qu’en augmentant le nombre de patchs. Ceci engendre à la fois une complexité dans le réseau d’alimentation, augmente fortement les pertes diélectriques et métalliques du circuit de répartition, et est sujet à des phénomènes de couplage par onde de surface qui peuvent dégrader le diagramme de rayonnement [30]. Les pertes du réseau de répartition sont d’autant plus importantes que les fréquences d’utilisation sont élevées. En outre, ces réseaux d’antennes supportent difficilement les fortes puissances et présentent une sévère limitation en largeur de bande de fonctionnement inhérente aux phénomènes de résonance siégeant dans le patch. Dans la littérature, plusieurs travaux ont été menés dans le but d’améliorer les performances des antennes réseaux imprimées. Ces travaux concernent en général l’amélioration de la largeur de bande et la réduction des différentes sources de pertes.
Pour réduire les pertes dues au circuit d’alimentation, une des méthodes consiste à utiliser un substrat diélectrique de faible épaisseur, et d’une permittivité élevée. Dans ces conditions le rayonnement parasite du circuit d’alimentation est réduit. Le contrecoup de cette technique est aussi de réduire l’efficacité de rayonnement des patchs. En effet, un substrat de forte permittivité ayant une petite épaisseur favorise le confinement du champ sous le patch. En outre, la densification des lignes de champs sous le patch augmente les pertes diélectriques et métalliques, ces pertes deviennent de plus en plus importantes à mesure que l’on monte en fréquence.
Une autre source de pertes provient des ondes de surface qui prennent naissance dans le couplage entre les différents patchs constituant le réseau d’antennes. Leur effet augmente avec la densification du nombre de patchs ainsi que l’augmentation de l’épaisseur du substrat. Ces ondes de surface peuvent être diffractées par les arêtes des patchs en produisant un rayonnement parasite qui dégrade le rayonnement principal du patch. Pour réduire ces effets, on peut diminuer l’épaisseur du substrat, ou encore utiliser des matériaux artificiels à bande interdite [31]. Les inconvénients de la première approche ont été mentionnés précédemment, quant à l’utilisation de matériaux à bande interdite, elle ajoute une complexité de conception supplémentaire qui impacte sur le coût de fabrication pour la construction de grands réseaux imprimés. La Figure 16 illustre l’utilisation d’un matériau à bande interdite dans le but de réduire le couplage entre les patchs.
Figure 16 : Antennes patchs classiques : (a) vue de haut et (a’) vue de côté. Antennes patchs avec un matériau à bande interdite : (b) vue de haut et (b’) vue de côté [31].
La bande passante typique d’un patch classique varie de 2 à 5%, c’est l’une des plus grandes limitations de cette technologie. Il existe plusieurs méthodes [32] pour améliorer cette dernière. Ces différentes méthodes sont des techniques d’adaptation d’impédance, des techniques de multiples résonances, ou des techniques de réduction du facteur de qualité de la cavité résonnante du patch. Les techniques de multiples résonances permettent d’élargir la bande passante de 4 à 20%. Mais cet élargissement de la bande se fait au prix d’une complexité géométrique qui rend difficile la fabrication de grands réseaux imprimés, réduisant ainsi la compétitivité de l’antenne. La Figure 17 présente un patch à multiple résonance.
Ainsi, les différents paramètres d’une antenne patch sont intrinsèquement liés. L’amélioration de l’un de ces paramètres par une quelconque technique impacte de manière non négligeable les autres. Cette solution est adaptée aux fréquences basses de la bande millimétrique, où les différentes sources de pertes peuvent être maitrisées. Cependant dans les fréquences hautes de la bande millimétrique, les pertes diélectriques et métalliques dans le circuit de répartition rendent la technologie inadaptée pour des applications embarquées nécessitant un fort gain et une bonne efficacité de rayonnement.
Réseau d’antennes en réflexion
Le réseau réflecteur d’antennes imprimées appelé aussi reflectarray est un concept à mi-chemin entre le réflecteur parabolique et le réseau d’antennes patchs imprimées. A ce titre il combine les caractéristiques des deux concepts. Dans sa forme classique, il est constitué d’un large réseau d’antennes patchs imprimées sur une fine couche de substrat diélectrique. Ce réseau est illuminé par une source primaire. Chaque élément de ce réseau est conçu pour opérer la correction de phase nécessaire à l’obtention du front d’onde voulu dans l’ouverture de l’antenne [34]. La Figure 18 illustre la disposition des éléments d’un reflectarray. Ce concept de compensation de phase à partir d’une source unique remonte aux années 60 [35], mais ne reçut pas d’attention avant le développement des technologies de circuit imprimé [36].
Table des matières
Introduction
I. Besoins adressés et antennes compactes à fort gain
I.A. Besoins concernant les antennes compactes à fort gain
I.A.1. Communications satellitaires avec un porteur mobile
I.A.2. Communications point à point
I.A.3. Application de radar embarqué
I.A.4. Caractéristiques recherchées pour une antenne directive compacte
I.B. Etat de l’art sur les antennes compactes à fort gain
I.B.1. Antenne réseau active à balayage électronique
I.B.2. Antenne à réflecteur parabolique
I.B.3. Réseau d’antennes imprimées (patchs)
I.B.4. Réseau d’antennes en réflexion
I.B.5. Réseau d’antennes en transmission
I.B.6. Antenne lentille diélectrique
I.C. Résumé sur l’état de l’art
II. Diélectriques structurés sub-longueur d’onde pour applications antennaires
II.A. Ingénierie d’indice à partir des diélectriques structurés
II.B. Problème numérique de modélisation
II.C. Techniques numériques de modélisation pour les milieux structurés
II.D. Elaboration d’un modèle numérique simplifié
II.D.1. Modélisation du domaine de calcul
II.D.2. Développement d’un outil de calcul numérique adapté
II.D.3. Modèle du piston de phase
II.D.4. Modèle des chemins réfractés
II.D.5. Modèle de Huygens-Fresnel modifié
II.D.6. Comparaison des modèles
II.D.7. Validation par la mesure du modèle MHFP
II.D.8. Validation par la simulation du modèle MHFP sur différentes structures
II.E. Résumé du chapitre II
III. Synthèse et optimisation de lentille diffractive
III.A. Synthèse directe pour composant mince
III.A.1. Carte de phase et carte d’indice
III.A.2. Identifications des causes de dégradation des performances
III.B. Synthèse directe pour composant volumique
III.B.1. Comparaison de la synthèse volumique et mince.
III.C. Synthèse par optimisation
III.C.1. Choix des degrés de liberté
III.C.2. Routine d’optimisation et résultats
III.C.3. Comparaison des lentilles optimisée et mince.
III.C.4. Comparaison des lentilles optimisée et volumique
III.D. Comparaison entre lentille structurée et lentilles conventionnelles
III.E. Résumé du chapitre III
IV. Fabrication et caractérisation
IV.A. Fabrication
IV.A.1. Vers le modèle numérique du composant
IV.A.2. Outil de fabrication
IV.B. Caractérisation
IV.B.1. Mesure des paramètres diélectriques du matériau d’impression
IV.B.2. Dispositif de mesure du gain en bande d’une antenne lentille
IV.C. Application pour une antenne lentille hors d’axe
IV.C.1. Description, synthèse et fabrication de la lentille hors d’axe
IV.C.2. Simulation et Caractérisation de la lentille hors d’axe
IV.D. Résumé du chapitre IV
V. Conclusion générale
VI. Bibliographie
VII. Table des illustrations
VIII. Table des tableaux
IX. Publications et Reconnaissances
