New Circularly Polarized Matrix Antenna For Space Applications

International audiencethis paper presents a new electromagnetic approach of matrix antenna, specialized for circularly polarized space applications. The design of the proposed antenna matrix is based on small pixels which generate circular polarization field. The concept of the pixels is well demonstrated as a patent and verified for the use in antenna arrays. The design will be used for several space applications with directive and wide angle beams. Index Terms—antenna array, axial ratio, beam forming, Isoflux, Electromagnetic band gap material EBG, Frequency selective surface FSS

An agile electronically scanned EBG matrix antenna for monitoring target activity

International audienceTelecommunications, civil and military radars, RFID (Radio Frequency IDentification) and all the radiating systems are evolving towards the spatial agility that associates « range » and « coverage ». In this context, this article describes and demonstrates an experimental prototype to show the reliability and efficiency of the EBG matrix antenna theoretical aspect, for beam forming and beam steering applications

Metalne EBG sektorske antene za različite polarizacije

This work aims to study and design antennas for base stations with metallic electromagnetic band gap (EBG) materials. The objective was to make and study new concepts of EBG metallic antennas able to work according to a wide (or broad) radiation pattern form, i.e. presenting at least 60° angular beamwidth. The use of metallic structures offers a new approach to industrial partners in order to reduce costs and to facilitate design techniques. The high impedance presented by the metallic structure allows us to use only one layer of rods and to make the antenna more compact than the one with a dielectric structure.Svrha je rada proučavanje i proračun antena za bazne stanice koje sadrže metalne materijale s elektromagnetskim zapornim pojasevima (EBG). Cilj je bio ostvariti i proučiti nove koncepcije metalnih EBG-antena koje bi radile sa širokim oblikom dijagrama zračenja, tj. s kutnom širinom snopa od barem 60 stupnjeva. Uporaba metalnih struktura nov je pristup koji nudi industrijskim partnerima mogućnost smanjenja troškova i ujedno im olakšava tehnologiju izrade. Visoka impedancija metalne strukture omogućuje uporabu samo jednog sloja žica, kao i izradu kompaktnije antene u odnosu na onu s dielektričnom strukturom

DUAL-BAND PRINTED DIPOLE ANTENNA ARRAY FOR AN EMERGENCY RESCUE SYSTEM BASED ON CELLULAR-PHONE LOCALIZATION

International audienceThis paper describes the study of a novel dual-band antenna dedicated to be mounted on a helicopter for emergency localisation of cellular phones within the framework of the RNRT project called LUTECE. A folded dipole placed on a limited ground plane to allow wideband functionality and good radiation characteristics is proposed. Starting from this new topology, a directive array for the emission part and a circular disposition of five radiating elements with separated outputs for the receiving part are studied. All these developments are performed using our simulation code (FDTD method) along with experimental studies

A New Agile Radiating System Called Electromagnetic Band Gap Matrix Antenna

Civil and military applications are increasingly in need for agile antenna devices which respond to wireless telecommunications, radars, and electronic warfare requirements. The objective of this paper is to design a new agile antenna system called electromagnetic band gap (EBG) matrix. The working principle of this antenna is based on the radiating aperture theory and constitutes the subject of an accepted CNRS patent. In order to highlight the interest and the originality of this antenna, we present a comparison between it and a classical patch array only for the (one-dimensional) 1D configuration by using a rigorous full wave simulation (CST Microwave software). In addition, EBG matrix antenna can be controlled by specific synthesis algorithms. These algorithms use inside their; optimization loop an analysis procedure to evaluate the radiation pattern. The analysis procedure is described and validated at the end of this paper

Nouveaux concepts d'antenne à base de matériaux BIE métalliques (Application aux réseaux de télécommunications)

This report is dedicated to new developments around the EBG resonator antenna concept. Different solutions are proposed to enlarge the scope of the putative applications. A new structure using a metallic FSS and able to work on two frequency bands is first proposed as a mean to circumvent the problem of the EBG antenna narrow bandwidth. A new kind of metallic arrangement is then described, which allow the creation of antennas able to radiate on a larger bandwidth than the original dielectric ones. Lastly, an EBG resonator antenna possessing a sectoral radiation pattern is presented. The functioning of the structure is detailed and a conception method is given. The interest and limitations of this new concept are illustrated through application examples. The presented realizations successfully confirmed the correct functioning of the proposed structures.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Interaction des ondes éléctromagnétiques avec le vivant (étude et dosimétrie numérique de systèmes d'exposition aux fréquences microondes)

Face à l'interrogation des éventuels effets sanitaires des ondes électromagnétiques et, à fortiori ceux lié à l'utilisation du téléphone mobile, de nombreux programmes de recherche ont démarré à l'echelle nationale et internationale. Ainsi, ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'interaction des ondes électromagnétiques avec le vivant, et porte plus précisément sur la dosimétrie numérique. Cette dernière est faite à l'aide d'un code FDTD. L'étude de l'intéraction tête-téléphone permet de caractériser l'exposition type d'un téléphone cellulaire. Ainsi, le besoin d'utiliser un modèle réaliste de tête, afin de tenir compte de l'hétérogénéité de cette dernière, nous a conduit à réaliser un modèle numérique de tête à partir d'images IRM. Préalablement aux études dosimétriques, des évolutions ont été apportées au code FDTD et des points particuliers ont été étudiés: la modélisation de l'excitation, les couches PML et les incertitudes du calcul du SAR. Ensuite, l'influence de l'antenne et de sa position ainsi que de la position du téléphone, notamment avec l'utilisation de l'oreillette ont été observées. L'antenne hélicoïdale est largement utilisée dans la téléphonie mobile. Pour la prendre en compte lors de l'étude dosimétrique d'un système tête-téléphone équipé de cet aérien, un modèle équivalent, basé sur les propriétés selfiques de l'hélice, a été développé. Concernant les systèmes d'exposition, nous nous sommes intéressés à un système dit 'localisé', constitué d'une antenne boucle. Dans le cadre du projet COMOBIO, programme français du RNRT, ce système a été étudié et il permet d'exposer un rat dans des conditions qui se rapprochent d'une exposition type téléphone cellulaire. A 900 MHz, l'influence du modèle de rat sur la dosimétrie de ce système a été observée. De plus, l'adaptation du système aux différentes fréquences de la téléphonie mobile a été étudiée, ainsi que sa dosimétrie à 1800 MHz. Un second système dit 'corps entier', utilisant une antenne cornet, a également été étudié. Les performances de ces systèmes d'exposition ont été comparées à celles d'une illumination par une onde plane (dispositif 'corps entier') et du carrousel (dispositif 'tête seule').In front of the question of possible health effects of electromagnetic fields, and especially those that are caused by use of mobile phone, many research programs have begun in France and all over the world. Thus, this thesis is in the framework of the study of interaction of electromagnetic waves with the biological matter, and relates more precisely to numerical dosimetry. This one is made with an FDTD code. The study of head-phone interaction makes it possible to characterise the standard exposure of a cellular telephone. Thus, the need to use a realistic model of head, in order to take account of the heterogeneity of this last one, led us to realise a numerical model of head with MRI images. Before the dosimetric studies, evolutions have been brought to FDTD code and particular points have been studied: the excitation source, PML boundary condition and uncertainties of the SAR calculation. Then, the influence of the antenna and its position, like the phone position and the use of the hand-free kit, have been observed. The helix antenna is largely used in mobile telephony. To realise a dosimetric study of head-phone system with this antenna, an equivalent model, based on the self-inductive properties of the helix, has been developed. Concerning the exposure systems, we have been interested in a 'localised' system, with a loop antenna. In the framework of the COMOBIO project, French program of the RNRT, this system have been studied and it makes it possible to expose a rat under conditions which approach a standard exposure of cellular phones. At 900 MHz, the influence of the rat's model on the dosimetry of this system has been observed. Moreover, the adaptation of the system to the various frequencies of mobile telephony has been studied, like his dosimetry at 1800 MHz. A second system called 'whole body', using an horn antenna, has also been studied. The performances of those exposure systems have been compared with a plane wave illumination (device 'whole body') and carrousel (device 'head only').LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Etude d antennes à bande interdite électromagnétique omnidirectionnelles en azimut

Cette thèse, menée en collaboration avec le groupe RADIALL, est consacrée à l étude d antennes de station de base conçues à partir de matériaux à bande interdite électromagnétique (BIE) présentant un diagramme de rayonnement omnidirectionnel en azimut et à fort gain. Les structures envisagées sont au nombre de deux : l antenne cylindrique et l antenne coaxiale possédant une âme centrale métallique. Après avoir présenté les sources d excitation ainsi que les matériaux BIE diélectriques et métalliques, des abaques ont été proposés pour faciliter la conception. Des techniques d amélioration des performances ont permis d augmenter la directivité, d élargir la bande passante en rayonnement et enfin d adapter les antennes. Deux prototypes d antenne ont été réalisés. Les performances obtenues ont alors été comparées à une technologie concurrente : les réseaux de dipôles. Enfin, d autres polarisations d antennes omnidirectionnelles ont été étudiées. Une antenne en polarisation horizontale a été réalisée et a permis de confirmer avec succès le fonctionnement théorique. La double polarisation et la polarisation circulaire ont simplement été simulées compte tenu de la complexité de la structure.This thesis, managed with the RADIALL group, is dedicated to the study of base station antennas conceived with electromagnetic band gap (EBG) materials. These structures boast an omnidirectional radiation pattern in the azimuth plane with a high gain. Two structures have been considered: the cylindrical antenna and the coaxial antenna with a metallic center core. After having presented the sources of excitation as well as dielectric and metallic EBG materials, abacuses have been purposed to facilitate the design. Performances improvement techniques made it possible to increase the directivity, to widen the radiation bandwidth and finally to match the antennas. Two antenna prototypes have been realized. The experimental performances have then been compared to a competitive technology: dipole arrays. Lastly, other polarizations have been studied. An antenna in horizontal polarization has been realized which measurement successfully confirmed the theoretical functioning. Double polarization and circular polarization have only been simulated due to the structure complexity.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'étude des phénomènes électromagnétiques liés aux futurs systèmes mobiles de réception hertzienne à bord des véhicules automobiles (Conception, réalisation et tests des antennes correspondantes)

Cette thèse menée en collaboration avec SCE-MAG (groupe FIAMM), a pour cadre les systèmes de radiodiffusion numérique par sattellite (SDARS) et plus particulièrement les systèmes XM Radio et Sirius Radio qui allient des technologies de diffusion terrestre et satellite à 2,34 GHz et qui sont dédiés à l'industrie automobile.Pour répondre aux spécifications de XM, un réseau de quatre patchs à polarisation circulaire permettant la réception des satellites a été simulé, réalisé puis mesuré à l'aide d'outils numériques (FDTD) et expérimentaux performants. Une deuxième étude a été effectuée sur un nouveau cahier des charges combinant les sytèmes XM et Sirius, conduisant à la conception de deux nouveaux aériens en technologie imprimée. Enfin, l'intégration d'une antenne à polarisation linéaire (fil-plaque) pour la réception terrestre au sein des antennes à polarisation cieculaire a été étudiée.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Etude d'antennes ruban tridimentionnelles compactes pour liaison de proximité (Application à des systèmes de télémesure et de localisation de téléphones cellulaires)

Cette thèse a pour cadre les systèmes de communications sans fils de proximité. Dans ce domaine, le défi majeur pour les antennes est de pouvoir allier la réduction de l'encombrement à des performances d'adaptation et de rayonnement satisfaisant le cahier des charges de l'application visée. Grâce à des outils numériques (FDTD) et expérimentaux, l'étude d'antennes rubans basées sur des résonateurs quart d'onde repliés en trois dimensions et alimentés par couplage a pu être menée. Cette étude s'est orientée vers l'obtention de diagrammes de rayonnement sphériques ou hémisphériques permettant une couverture sans faille de l'espace. Différents développements sont exposés, certains permettant un élargissement de la bande passante. Deux applications sont détaillées : une antenne coplanaire intégrée à un module compact pour le relevé à distance de compteurs, et une antenne multibandes utilisée dans un système de localisation de téléphones cellulaires pour le sauvetage de personnes isolées.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF