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 développements autour des potentialités de l'antenne BIE planaire

L'antenne BIE planaire est réalisée à partir de matériaux à bande interdite électromagnétique. Le filtrage spatial et fréquentiel des ondes obtenu avec ces matériaux périodiques permet de contrôler les directions privilégiées du rayonnement ainsi que la directivité de l'antenne. Les diverses potentialités qu'offre cette structure rayonnante ont permis de nombreux développements qui sont présentés dans ce mémoire. Il propose outre une technique de dimensionnement fiable, de nouvelles avancées comme le fonctionnement multifréquences et multifaisceaux. De plus, une excitation multisources associée à une technique de calcul simple a permis une augmentation significative du gain et de la bande de rayonnement. Cette antenne peu encombrante et fort gain convient à un panel d'applications variées. Les réalisations présentées confirment avec succès les différents fonctionnements proposésLIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Etude d'antennes multifaisceaux à base d'une nouvelle topologie de matrice de Butler (conception du dispositif de commande associé)

Ce mémoire est consacré au développement de nouveaux concepts d'antennes multifaisceaux à base de matrice de Butler, pour des systèmes de communication haut débit. Tout d'abord, une nouvelle topologie de matrice de Butler a pu être mise en œuvre. Elle présente l'avantage de posséder un faisceau axial, tout en utilisant des coupleurs faciles à concevoir. Son intérêt réside dans la couverture radioélectrique étendue des zones. La réalisation d'un prototype à 12 GHz a permis de valider la nouvelle topologie développée. Une nouvelle antenne à pointage électronique dans le plan horizontal et possédant un diagramme en cosécante carrée dans le plan vertical a été conçue et réalisée en technologie imprimée. Cette antenne a été réalisée pour le système LMDS (Local Multipoint Distribution Service) à 42 GHz, dans le cadre du projet européen BROADWAN et en partenariat avec THALES Communications. Cette solution est donc optimale puisqu elle permet d obtenir une meilleure couverture. Enfin, un dispositif de commutation (SP3T) à base de diode PIN a été conçu sur le même substrat que l'antenne dans l'objectif de réaliser un premier ensemble intégré antenne multifaisceaux / commutateur. Une réalisation à 12 GHz confirme les propriétés du commutateur étudié.This Ph.D thesis focuses on the new multibeam antennas development, based on a Butler matrix, for the broadband access systems. A new procedure to design a Butler matrix which aims to produce a broadside beam using 90 hybrids only is proposed. Its interest is well in the stretching zones coverage. The realization of a prototype at 12 GHz validates the novel developed topology procedure. A new switched beam antenna in the azimuthal plane with cosecant squared shaped beam in the elevation plane was designed and fabricated with a microstrip technology. This antenna was designed for LMDS (Local Multipoint Distribution Service) applications at 42 GHz, within the BROADWAN European project framework and in partnership with THALES Communications. Thus, this solution is optimal since it gets rid of the shadowing zones. Finally, a PIN diode switching device (SP3T) was designed on the same antenna substrate. The goal is to build a first integrated system made up of a multibeam antenna and a switch. The switch realization was fabricated at 12 GHz and the measures come to validate the design procedure.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Conception, réalisation et caractérisation d'antenne à bande interdite photonique (application au fort gain)

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Contribution à l'étude d'antennes à pointage électronique en millimétrique (Conception et réalisation de différentes topologies de Matrices de Butler)

Ce mémoire s'inscrit dans le cadre d'un contrat CIFRE (Conventions Industrielles de Formation par la Recherche) soutenue par l'ANRT (Association Nationale de la Recherche Technique) entre les acteurs que sont la société THALES Communications (Colombes) et l'IRCOM (Institut de Recherche en Communications Optiques et Microondes) sur le thème des réseaux de communication sans fil haut débit fonctionnant dans la bande de fréquence des 40 GHz. Le travail a consisté à étudier dans le domaine millimétrique la faisabilité de répartiteurs de faisceaux à faibles coûts pouvant faire l'objet par exemple d'une intégration dans un système de type LMDS (Local Multipoint Distribution Services). Après un état de l'art conséquent sur les antennes à multiples faisceaux de type circuit, la matrice de Butler a été jugée comme le dispositif passif le plus performant pour ce projet. Une étude théorique approfondie à ce sujet et des réalisations avec l'intégration de réseaux d'antennes ont alors pu être menéesLIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'étude d'antennes fort gain (Applications dans le domaine millimétrique)

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Contribution à l'étude de réseaux de communication sans fil (Application au LMDS)

Ce mémoire est consacré à l'étude de réseaux de communication sans fils haut débit fonctionnant dans la bande de fréquence 40 Ghz. Nous nous intéressons principalement aux réseaux de type LMDS (Local Multipoint Distribution System) puisque ce rapport s'inscrit dans le cadre d'un projet RNRT (Réseau national de recherche en télécommunications) appelé ERASME. Ce projet vise à étudier les performances d'un système LMDS basé sur la norme DVB (Digital Video Broadcasting).La couche MAC (Medium Access Control) utilisée dans la plateforme ERASME est étudiée dans le détail à l'aide d'un logiciel spécifique nommé OPNET qui permet la mise au point d'un outil de dimensionnement de réseaux sans fils.Aux vues des performances de la norme DVB lorsqu'elle est soumise à des applications multimédia comme la visioconférence, ce mémoire présente et étudie la norme IEEE 802.16 qui se révèle être beaucoup plus flexible que le standard DVB.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Développement du concept de l'antenne à résonateur BIE pour la génération de la polarisation circulaire

Ce mémoire est consacré au développement du concept de l antenne à résonateur BIE pour la génération de la polarisation circulaire. Deux types d antenne ont pu être réalisées à l aide des propriétés isotropes et anisotropes des matériaux BIE. L excitation d une matériau BIE isotrope par un patch à encoches a abouti à la réalisation d une antenne BIE à polarisation circulaire permettant ainsi d élaborer deux systèmes en polarisation circulaire : l antenne multifréquences et l antenne à diversité de polarisation. Un agencement anisotrope combinant un matériau BIE métallique et un polariseur a rendu la structure autopolarisante permettant ainsi de créer une antenne BIE à polarisation circulaire à l aide d une source en polarisation linéaire. Les réalisations présentées dans ce mémoire confirment avec succès les différentes structures proposées.This report is dedicated to the development of the resonator EBG antenna concept for generating circular polarization. Two different structures have been realized by using the isotropic and anisotropic properties of EBG materials. The excitation of an EBG isotropic material by a patch antenna with notches ended with the conception of an antenna with circular polarization thus allowing to elaborate two systems in circular polarization: the multifrequency antenna and the antenna for diversity of polarization. An EBG anisotropic structure, combining a metallic EBG material and a polarizer, created a polarizing structure allowing to create an EBG antenna radiating in circular polarization with a source in linear polarization. The presented realizations successfully confirm the various proposed functioning.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Méthodes d analyse électromagnétique spécifiques à la conception des antennes à résonateur BIE multi sources

La mise en réseau de sources d excitation au sein d un résonateur BIE permet de bénéficier à la fois des avantages des réseaux (tels que la formation de faisceau, création de zéros de rayonnement, faisceaux dépointés) et du caractère filtrant du résonateur (filtrage spatial, augmentation de directivité, dépointage). Ce manuscrit présente un ensemble de démarches adaptées à la conception et au développement des antennes BIE et en particulier des antennes BIE multi sources. Le calcul de la fonction Sélectivité spatiale est d abord présenté. Cette fonction traduit le caractère filtrant du résonateur BIE. Pondérée par le diagramme de rayonnement d une source, cette fonction permet d analyser rapidement ses performances. La seconde partie du travail est consacrée à la problématique de l excitation multi sources. Cette partie est illustrée avec la conception, la réalisation et la mesure de deux prototypes. De part le caractère résonant de ce type de structure, la démarche de conception est plus délicate. En effet, l antenne BIE exacerbe les phénomènes de couplage inter éléments déjà présents dans les antennes multi sources. Pour cette raison, une nouvelle méthode permettant de lever cette difficulté a été développée.A feeding sources arrangement installed in an EBG resonator leads to profit at the same time from the array advantages (such as beamforming, nulling patterns, beam steering) and the resonator filtering attributes (spatial filtering, directivity increasing, steering). This report presents a set of steps that is adjusted to the EBG antennas development and design in particular multi sources EBG antennas. First, a spatial function computation is presented. This function results in the EBG resonator filtering attributes. Weighting the EBG resonator by a source radiation pattern allows the defined function to quickly evaluate the EBG performances. The second part focuses on the multi sources feeding problems. The goal of this part is to design and realize two prototypes. Then, the measures come to validate the antenna design. Aside from the resonating attributes of this kind of structure, the design steps are more tricky. Indeed, the EBG antenna intensifies the coupling phenomena between the radiating elements in the multi sources antennas. For this reason, a novel method overcoming the coupling complication was developed.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Contribution à l étude de systèmes à diversité d antennes sur terminaux compacts (mesures de performances en environnement réel)

La diversité d antennes consiste à utiliser un système à accès multiples pour améliorer les performances des communications sans fil. Ce manuscrit est consacré à l étude, aux analyses et aux mesures des performances en diversité de réception. En premier lieu, des outils numériques souples et d utilisation très générale sont développés pour calculer les paramètres de diversité dans n importe quel contexte et sans restriction. Ensuite, une étude préliminaire des relations entre les couplages mutuels et les paramètres de diversité montre que les coefficients de corrélation et de couplage devraient être faibles. Cette conclusion a été utilisée pour concevoir et optimiser un terminal compact constitué de deux antennes monopôlaires imprimées fonctionnant dans la bande du WiMax 3.4-3.6 GHz par insertion de fente. Des mesures ont été faites en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) avec un analyseur de réseaux vectoriel qui délivre une onde CW (constante wave), puis avec un dispositif constitué de deux modules indépendants (émission et réception) de communications numériques. Ce dernier a permis de faire d autres mesures en milieu indoor et dans un contexte milieu indoor vers milieu outdoor . Finalement, une étude analytique permet de montrer que la diversité d antennes et la synthèse de diagrammes sont équivalentes.Wireless communication performances are improved by using multiple antennas or multiple access systems: this is the antenna diversity principle. Diversity studies, its analysis and some measurement results are depicted in this PhD thesis. First, numerical tools that allow the calculation of diversity parameters are developed. These tools are highly efficient since they are independent of any assumption. Second, a preliminary study of the relationships between mutual coupling and diversity parameters is done. The results demonstrated that mutual coupling and correlation coefficients should be preferably low. This conclusion is used to design and optimize a compact terminal that consists of two printed monopole antennas working in the WiMax 3.4-3.6GHz band by a slot insertion for decoupling. Next, measurements took place in a modes stirred reverberation chamber (MSRC) using two different test-beds. The first one used a network analyzer which delivers a constant wave in the chamber. The second one is constituted by two independent digital communication modules (transmission and reception). This latest test-bed allows also measurements in indoor and indoor to outdoor environments. Finally, an analytical study proves that antenna diversity and radiation pattern synthesis are equivalent.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF