Gotowa bibliografia na temat „Diagramme de rayonnement d’antennes”

L'émergence depuis ces dernières années de nouvelles capacités technologiques permettant la mise en œuvre de dispositifs d'agression électromagnétique, imposent d'étudier la faisabilité de ces potentielles Armes à Energie Dirigée ÉlectroMagnétiques (AED EM). Parmi les différentes briques technologiques qui composent ces systèmes, l'aérien est l'élément déterminant de la formation du faisceau d'ondes rayonnées et nécessite donc d'être évalué. C'est dans ce contexte que le Centre de Gramat du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives s'est associé à la Direction Générale de l'Armement afin de proposer cette thèse réalisée en collaboration avec l'Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes. Le sujet propose l'étude complète de trois solutions antennaires susceptibles d'être intégrées sur un système de type AED EM. Chaque type d'antenne répond à une problématique qui lui est propre : Il s'agit en premier lieu de réaliser une antenne fonctionnant à fréquence fixe et possédant un gain maximisé ; Dans un second temps l'étude est menée afin de concevoir et réaliser une antenne à diagramme de rayonnement variable dans un plan et stable dans l'autre plan ; Enfin une antenne large bande fonctionnant sur une octave est développée dans le but de maintenir un diagramme de rayonnement possédant des ouvertures à mi-puissance constantes. Chacune de ces études est gouvernée par deux contraintes difficiles que sont d'une part le maintien d'une tenue en puissance élevée (niveau injecté de l'ordre du kilowatt pulsé) et d'autre part un encombrement réduit en vue d'une intégration sur porteur par exemple. Chaque antenne est élaborée à l'aide d'un logiciel de calcul électromagnétique puis réalisée afin d'être validée expérimentalement
It is true that during the last past years, High Power Microwave (HPM) weapons threat has grown up. One way to prevent from this kind of system is to study every part of it. Among them, the antenna is the element that influences the most the electromagnetic waves behavior then it has to be evaluated. This is the reason why the Centre de Gramat du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives has teamed up with the Direction Générale de l’Armement in order to propose this thesis in collaboration with the Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes. The subject provides the full study of three antennas that can be integrated on an HPM weapon. Each type of antenna is developed to address a problem: The first antenna operates at a fixed frequency and is designed to provide a maximized gain; The second one is manufactured to have a variable radiation pattern in one plane and a stable radiation pattern in the other plane; Finally, a broadband antenna operating between 2 and 4 GHz is developed in order to maintain a stable radiation pattern. Each study is led by taking into consideration high input power (around 1 kW pulsed power) and also dimensional constraints in order to be integrated on a mobile device for instance. Each antenna is designed using electromagnetic software then validated by measurements

Cette thèse revisite les antennes à éléments parasites et propose des stratégies de conception et de synthèse originales et efficaces. Les points de vue mis en avant dans la construction de ce travail permettent de révéler toutes les potentialités de ces antennes pour en faciliter la diffusion. Les antennes à éléments parasites sont présentées comme des solutions économiques pour réaliser des faisceaux formés. La mise en oeuvre d’une technique de synthèse a permis d’accéder à des niveaux de performances proches des antennes réseau sans les désavantages des nécessaires réseaux de distribution, complexes, chers et sensibles aux dispersions de fabrication. Dans ce manuscrit sont également développées des architectures génériques d’antennes à éléments parasites. Une attention particulière est portée à la simplification et à la robustesse des concepts pour s’adapter aux modes de production industriels. Un démonstrateur d’antenne à éléments parasites active a été conçu, fabriqué et caractérisé. Le succès de la démonstration permet d’envisager des solutions d’antennes agiles à faible coût. Les savoir-faire développés dans cette thèse ont été appliqués dans le cadre d’un projet global d’économie d’énergie pour les systèmes en mode veille à très basse consommation, le projet RWU (Remote Wake Up). Des antennes intégrées à forte efficacité ont alors été développées pour le transfert et la récupération d’énergie sans fil
This thesis revisits parasitic elements antennas and offers innovative and effective synthesis design strategies. The main objective of this work is to reveal the full potential of these antennas in order to promote their dissemination. Parasitic elements antennas are presented as cost-effective solutions to achieve beamforming. A dedicated synthesis technique has been developed to obtain performances close to those of antenna arrays, without the disadvantages of a feed distribution network. The latter is complex, expensive and sensitive to manufacturing dispersions, making arrays difficult to design as cost-effective antennas. In this manuscript, generic architectures of parasitic elements antennas are developed. Particular points of versatility, reliability and ease of manufacture have been addressed in order to comply with the requirements of industrial processes. A demonstrator of a reconfigurable parasitic elements antenna has been designed, fabricated and characterized. The successful demonstration allows considering reconfigurable low cost antennas. The skills developed in this thesis have been applied in the context of energy saving in the framework of the Remote Wake Up project (RWU), dedicated to the minimization of standby mode electrical consumption. High efficiency integrated antennas were developed for wireless energy transfer

Les travaux effectués pendant cette thèse portent sur le développement d’une nouvelle méthode de calibration des antennes actives pour applications radars. La méthode de calibration, détaillée au cours de ce manuscrit, prend en compte les effets de bord et de couplage entre les éléments rayonnants du réseau, en les intégrant dans le procédé de calibration ; de plus, elle permet d’éviter les dégradations de diagramme de rayonnement qui peuvent être causés par les désadaptions lors d’un pointage et/ou d’une pondération. Le champ lointain est calculé par Matlab à partir des données du champ proche calculé par HFSS. Ensuite par rétro-propagation des données de champ lointain, on calcule l’éclairement de la surface de l’antenne. A partir d’un schéma électrique équivalent du réseau d’antennes, on optimise avec ADS les valeurs de l’éclairement afin d’obtenir le diagramme de rayonnement souhaité. Les valeurs résultantes correspondent aux constantes de calibration du réseau. Cette approche a le double avantage de permettre de traiter ensemble les informations de la partie circuit et de la partie rayonnante de l’antenne et d’obtenir les coefficients de calibration de manière automatique en respectant la réalité de l’antenne. Cette méthode peut être appliquée aux antennes réelles afin d’obtenir un diagramme de rayonnement souhaité. Le modèle numérique peut être amélioré en y intégrant les schémas électriques équivalents des circuits RF
The main goal of this thesis is to develop a new active antennas calibration method for radar application. The calibration method takes into account the edge effects and the coupling between the antenna radiating elements. Moreover, this method allows avoiding the degradations of the antenna radiation pattern caused by mismatch produced during a scanning and/or a weighting process. HFSS software is used to provide near-field electromagnetic numerical simulations. Matlab is used for far-field calculation from the near-field data; and also for the calculation of the illumination on the antenna surface by back-propagation of far-field datas. The calibration process is performed by an optimization process by means of ADS software. An equivalent schematic is built in it, in order to obtain desired radiation pattern which corresponds to the illumination on the antenna surface. The presented approach allows full simulation of RF circuits and radiation of the antenna array together and to get the calibration coefficients automatically. The model can be applied to the real antennas in order to get the desired pattern. The antenna equivalent model can be improved by adding RF schematic in it

Aujourd’hui média incontournable d’échange d’informations, les ondes électromagnétiques sont plus que jamais présentes dans notre environnement. Le nombre toujours croissant d’appareils connectés appelle à une meilleure utilisation des ressources spectrales disponibles. Dans le cadre particulier des télécommunications avec un projectile, étudié dans cette thèse, les communications doivent en plus être discrètes et fiables dans un environnement hostile. Dans le contexte général des télécommunications comme dans ce dernier domaine d’application, le filtrage spatial reconfigurable dynamiquement permis par les réseaux d’antennes offre ainsi de nombreux atouts pour les défis présents et à venir. Le contrôle de réseaux d’antennes nécessite une électronique fonctionnant en cohérence et en alignement de phase. Dans une précédente thèse, un système analogique a permis de dépointer vers une station alliée le lobe principal d’un réseau embarqué dans un projectile, durant toute la trajectoire de ce dernier. Ce système n’autorise cependant que 16 configurations pour le diagramme de rayonnement du réseau et n’est fonctionnel qu’autour de 5,2 GHz. Par opposition, la radio logicielle utilise des composants large-bande programmables, qui permettent le traitement des signaux reçus ou à émettre en bande de base numérique. Son utilisation rendrait ainsi possible un contrôle du diagramme de rayonnement du réseau plus précis et un fonctionnement sur de larges bandes de fréquences. Cette technologie reste pourtant encore peu utilisée dans le cadre des applications à cohérence de phase. Ces travaux étudient donc les possibilités offertes par la radio logicielle pour les applications à cohérence, avec la contrainte supplémentaire d’alignement des phases, à travers les télécommunications avec un projectile. Des réseaux d’antennes de géométries linéaire et planaire sont étudiés. Un système de contrôle d’antennes de 4 voies en réception et émission est conçu à partir de radios logicielles commerciales. Des solutions, distinctes pour la réception et l’émission de données, sont développées pour assurer une compensation automatisée des déphasages entre les voies. Plusieurs algorithmes de traitement d’antennes et d’estimation d’angle d’arrivée (DOA) sont implémentés en C++. Les équipements disponibles ne permettant une mesure automatisée des diagrammes de rayonnement des réseaux pilotés par radios logicielles, un montage expérimental est proposé. Les performances du système sont alors quantifiées en chambre anéchoïque pour des réseaux d’antennes de différentes géométries et des fréquences de fonctionnement allant de 2,3 à 5,2 GHz. Selon le réseau piloté, le lobe principal ou un nul de rayonnement peuvent être dépointés dans des plages angulaires allant de 60 à plus de 100°, selon une ou deux dimensions. Les algorithmes implémentés sont également utilisés pour développer une station au sol de suivi de projectile basée sur l’estimation de DOA de l’émetteur embarqué dans le projectile et testée en conditions réelles. Plusieurs projectiles volant à une vitesse proche de celle du son sont alors correctement suivis électroniquement. Le rapport signal à bruit du signal recombiné grâce à la station de suivi est plus de 5 dB supérieur à celui d’une unique antenne du réseau et les données de vol du projectile sont correctement décodées
As a wireless way to exchange information, electromagnetic waves are more omnipresent in our environment than ever. The ever increasing number of connected devices calls for a better use of the available spectrum. In the particular case of telecommunications with a projectile, which is the case of study in this thesis, communications must also be discreet and reliable, even in a hostile environment. In the general framework of telecommunications as well as in this particular field of application, antenna arrays and the dynamic spatial filtering they allow offer multiple advantages for present and future challenges. Antenna array steering requires phase coherent and phase aligned functioning from the control electronics. In a previous PhD thesis, an analog system allowed beam steering of the array embedded in a projectile towards a base station at all times during projectile flight. However, this system was only able to switch between 16 different configurations for the embedded array radiation pattern and was functional only around a 5.2 GHz working frequency. On the other hand, Software Defined Radio (SDR) uses wide-band programmable components thanks to which received or generated signals can be processed in digital baseband. Therefore, using SDR would allow for a more precise control of the radiation pattern over large frequency bandwidths. Despite these promises, this technology remains rarely used for phase coherent applications. This work hence studies possibilities provided by commercial SDR for phase coherent applications. Telecommunications with a projectile, which also require phase alignment, constitute the considered application. Linear and planar antenna arrays are studied. An antenna weighting system of 4 channels for both data reception and transmission is assembled using commercial SDR. Distinct solutions are developed for data reception or transmission in order to automate phase shift compensation between channels. Several antenna weighting and Direction of Arrival (DOA) algorithms are implemented in C++. As the available equipment does not allow the automated measurement of the radiation pattern of antenna arrays when steered by SDR, a dedicated experimental setup is proposed. The developed system performance is then quantified in an anechoic environment for arrays of different geometries, and working frequencies from 2.3 to 5.2 GHz. Depending on the measured array, the main lobe or null can be steered within 60 to more than 100° along 1 or 2 dimensions. The implemented algorithms are also used to develop a projectile tracking station based on DOA estimation of the transmitter embedded in the projectile. The resulting station is tested with several projectiles flying at a speed close to Mach 1. The projectiles are electronically followed by the system as expected from simulations. The signal to noise ratio of the station combined signals is superior to that of a single element signal by more than 5 dB, and transmitted flight data is correctly decoded

La chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) est une cavité métallique fermée surdimensionnée, équipée d’un brasseur de modes. Le brassage de modes rend le champ électromagnétique homogène et isotrope à l’intérieur de la CRBM (dans son volume utile). Cette thèse illustre tout d’abord une nouvelle méthode pour évaluer les performances d’un brasseur de modes (via le spectre Doppler). Ensuite, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer la surface équivalente radar (SER) d’un objet canonique en utilisant la technique de fenêtrage temporel ou time-gating. Enfin, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer le diagramme de rayonnement d’une antenne dans une cavité surdimensionnée via la technique de time-gating
The reverberation chamber (RC) is an oversized closed metal cavity, equipped with a mode-stirrer. The mode stirring makes the electromagnetic field homogeneous and isotropic inside the RC (in its useful volume). This thesis illustrates firstly a new method for evaluating the performance of a mode-stirrer (via the Doppler spectrum). Then, it presents a new method for measuring the radar cross section (RCS) of a canonical object using the time-gating technique. Finally, it presents a new method for measuring the antenna radiation pattern in an oversized cavity via the time-gating technique

Cette thèse de doctorat évalue tout d’abord la qualité du processus de brassage de modes d’une chambre réverbérante vibrante (VIRC) consituée d’une toile métallisée. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous proposons une méthode novatrice et efficace basée sur l’étude du facteur K. Cette approche nous a permis d’optimiser drastiquement le brassage de notre prototype de VIRC suspendue par rapport au sol, celle-ci fonctionnant alors comme une chambre réverbérante "quasi-chaotique". Ensuite, ce brassage de modes amélioré a facilité la mesure de diagramme de rayonnement d’antennes à l’aide d’un simple moyennage des mesures. Il a permis également d’évaluer la surface équivalente radar (SER) de cibles métalliques canoniques à l’aide d’une technique de post-traitement couplant le moyennage, la suppression de l’effet du support et le découpage temporel. Les résultats prometteurs obtenus pour ces deux applications démontrent la faisabilité de réaliser des mesures de type anéchoïque dans un environnement multi-trajets. Ainsi, notre prototype de VIRC optimisé fonctionne comme une chambre électromagnétique "2-en-1" capable de reproduire à la fois un environnement de types espace libre et diffus
This PhD thesis first evaluates the quality of the stirring process of a Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber (VIRC) made of metallized textile. To achieve this ambitious goal, we propose a novel and efficient method based on the K-factor metric. This approach enables us to optimize the stirring process of our suspended VIRC prototype, which operates as a "quasi-chaotic" reverberation chamber. Secondly, the enhanced stirring process of our VIRC facilitates the measurement of antenna radiation patterns through a straight forward averaging technique. It also allows for the radar cross-section assessment of canonical metallic targets using post-processing technique including averaging, vector background subtraction and time gating. The promising results obtained for both applications demonstrate the feasibility of conducting "anechoic-like" measurements within this multipath environment. Consequently, the optimized prototype VIRC works as a "2-in-1" electromagnetic chamber able to reproduce both free space and diffuse regimes

Le radome, en chaque point courant, est assimile a son plan tangent. La surface du radome est definie par une fonction implicite quelconque. L'antenne est modelisee par une ouverture plane rayonnante equivalente a un reseau de doublets dont on connait les lois de distribution d'amplitude et de phases des moments. Cette ouverture rayonnante est mobile par rapport au radome. Chaque doublet va rayonner une onde supposee plane au point courant du radome. En chaque point de ce dernier existera donc une pluralite d'ondes planes, les unes issues des differents doublets de l'ouverture equivalente a l'antenne, les autres provenant d'une premiere reflexion sur la paroi du radome. Les positions d'un doublet quelconque et du point d'observation a l'interieur du radome etant connues, le point de reflexion s'obtient en ecrivant la stationnarite du chemin optique. Chaque onde plane, dont la polarisation est quelconque, est decomposee en deux ondes planes, l'une a polarisation perpendiculaire, l'autre a polarisation parallele. On appliquera, en tout point du radome, les lois propres a l'optique geometrique faisant intervenir les coefficients de transmission et de reflexion qui sont fonction de l'angle d'incidence, de la polarisation, de la structure et la composition du radome au point courant et de la frequence. La sommation vectorielle des champs electrique et magnetique est ensuite effectuee au point courant de la surface externe du radome. On determine alors le champ lointain en utilisant le developpement asymptotique de la formule de kottler qui generalise en vectoriel le principe d'huygens. Pour assurer la convergence du calcul de l'integrale de kottler, dans le cadre d'applications du principe d'equivalence en electromagnetisme par l'intermediaire d'une surface reguliere pouvant presenter des zones a rayons de courbure faibles devant la longueur d'onde, on applique en terme normalise correctif de diffraction sur l'element differentiel de surface. Ce terme qui depend strictement en chaque point courant de la surface reguliere des deux rayons de courbure principaux est deduit des deux coefficients generalises de la theorie geometrique de la diffraction. Lorsque les deux rayons de courbure principaux sont egaux, ou lorsque l'un des rayons devient infini, le terme correctif normalise est egal a l'unite

Ce travail de these apporte une contribution a l'etude de la synthese de la puissance rayonnee dans l'espace par un reseau de sources. On donne tout d'abord le cheminement qui permet de retrouver l'expression du diagramme de la puissance rayonnee en fonction des caracteristiques elementaires de chaque source, de la geometrie des sources dans le reseau et de la loi de ponderations affectee a l'ensemble des elements rayonnants. Ensuite, on rappelle quelques methodes classiques de synthese dans le cas de reseaux plans. Ces methodes sont basees sur des techniques mathematiques variees: utilisation de l'algorithme du simplexe (programmation lineaire), theoreme de tchebytchev, synthese de racines complexes d'un polynome, utilisation d'un algorithme de programmation quadratique, minimisation d'une forme variationnelle et utilisation d'un algorithme genetique. Ces differentes methodes repondent chacune a un probleme de synthese bien precis. Puis, on presente deux methodes de synthese recentes valables pour des reseaux disposes sur des surfaces non-planes particulieres: cone, cylindre. On etend alors l'utilisation de ces deux methodes au cas de reseaux disposes sur des supports quelconques en prenant en compte le probleme de la polarisation. On synthetise alors le diagramme de rayonnement et la direction du vecteur champ electrique du reseau. Enfin, on s'interesse a la synthese de reseaux pour des sources non-equidistantes et a la maniere de prendre en compte le phenomene du couplage entre les sources

AL’objet de ce travail de thèse est de présenter une méthode d’analyse du rayonnement et de synthèse de réseaux d’antennes imprimées placés sur un support conforme tel un avion. Le concept de base de cette approche est de représenter les courants sur les éléments rayonnants comme étant constitués d’une succession de dipôles électriques élémentaires équivalents. La connaissance de ces courants peut être réalisée par une technique à formulation rigoureuse (F. D. T. D. , F. I. T. ). Connaissant le rayonnement d’un élément rayonnant, la méthode développée permet leur sommation par des formules analytiques et ainsi d’évaluer le rayonnement (diagrammes, directivité,. . . ) de grands réseaux. En outre, cette approche permet aussi bien de considérer des réseaux planaires que placés sur une structure métallique cylindrique. De plus, une technique d’optimisation de réseaux en vue de définir un réseau ayant des propriétés de rayonnement données et reposant sur une méthode génétique a été mise en œuvre
The present thesis work comprises the development of a method for array analysis and synthesis. The basic concept of the conceived method is to analyse the radiating elements of an array by performing a decomposition of the active radiating region in smaller discrete regions that can be modelled by equivalent sources. These sources are described by electrical currents that are acquired by means of numerical techniques (F. D. T. D. Or F. I. T. ), or by means of the cavity model. Furthermore, the method calculates the electromagnetic far field (radiation pattern, directivity) of an antenna array by applying analytical radiation formulae for the entire array. Moreover, the method allows analysing planar and conformal arrays as well as large arrays. In addition to that, the conceived method allows array synthesis by means of an optimization approach based on a genetic algorithm

Ce travail se divise en quatre parties. Dans la première, les travaux publiés antérieurement sur les antennes lentilles de révolution sont généralisés afin de synthétiser des lentilles proches d'une symétrie de révolution en se basant sur l'optique géométrique. Puis, nous résolvons le problème général de la conception d'antennes lentilles de forme quelconque en le mettant sous la forme d'une équation différentielle fortement non-linéaire de Monge-Ampère. Dans la troisième partie, une méthode d'optimisation locale est mise en oeuvre pour optimiser point par point la forme des lentilles. Enfin, nous explorons quelques voies pouvant mener à la synthèse d'antennes lentilles compactes (analyse FDTD, prise en compte des réflexions multiples, décomposition du rayonnement de la source en modes sphériques). Les différentes parties font l'objet de validations théoriques et expérimentales au voisinage de 60 GHz avec des lentilles de diamètre variant de 23 fois à 2 fois la longueur d'onde.

Cette étude présente les paramètres caractéristiques d’une antenne, à savoir la surface de captation, la directivité, le gain, le diagramme de rayonnement, ainsi que le bilan de liaison, la puissance et le facteur de qualité.