Modeling, Design and Demonstration for Discrete Lens Antennas with Circular-Polarization in the 60-GHz Band

International audience—This paper presents the modeling, design and demonstration of two circularly-polarized Transmit-Arrays (TA) operating in the 60-GHz band and generating a broadside beam and a 30°-tilted beam respectively. These arrays have a fairly simple structure with only three metal layers and are fabricated with a standard printed-circuit board technology. The simulated results show the performances of the unit-cells as well as the whole arrays, and detail their power budget. The experimental results in V-band are in very good agreement with the simulations and demonstrate very satisfactory characteristics. Power efficiencies up to 53.7% are reached with a 1-dB gain-bandwidth up to 9.1%, and low cross-polarization level

Conception d'Antennes Lentilles par Algorithme Génétique

Les antennes lentilles sont des dispositifs de focalisation adaptés à de nombreuses applications hyperfréquences. Notre étude porte sur la synthèse de forme de lentilles substrat diélectriques, avec un objectif de rayonnement en champ lointain imposé (gabarit de rayonnement). Nous présentons la méthodologie de conception de ces antennes, basée sur le couplage entre un algorithme génétique (AG) et une méthode d'analyse électromagnétique 3D de type optique géométrique – optique physique (OG–OP). Des résultats d'optimisation de forme sont proposés pour des antennes à rayonnement de type cosécante et sectoriel. Les simulations portent sur l'optimisation de profils de lentilles avec symétrie de révolution, ou non (profils 3D). Les résultats de simulations et de mesures démontrent la robustesse cette méthode d'optimisation globale, dans le cadre de la conception d'antennes lentilles

Antenne résonateur BIE à faisceau contrôlable

Les antennes à Bande Interdite Electromagnétique (BIE) sont des structures à fort gain présentant une meilleure compacité comparées aux réseaux d'antennes ou aux antennes lentilles. Des solutions à base d'empilements diélectriques et métalliques permettent d'obtenir des gains atteignant 30 dB. La directivité de ces antennes est imposée par la taille et le coefficient de qualité de la cavité. A notre connaissance, il n'existe pas de structures BIE à directivité variable. Le travail présenté propose un concept d'antennes BIE à directivité variable. Les performances en rayonnement et en impédance ont d'abord été étudiées dans un modèle 2D. Elles ont ensuite été confirmées dans le cas 3D. La variation de directivité de l'antenne BIE est obtenue grâce à une grille de commande intégrée au milieu de la cavité. Les résultats préliminaires montrent une variation de directivité comprise entre 12.5dB et 26dB avec un nombre réduit d'éléments de commutation

Study of propagation along the body at 60 GHz with analytical models and skin-equivalent phantoms

International audiencePropagation on the surface of the human body is investigated for the first time in the mm-wave frequency range. The study, motivated by the increasing number of applications of body area networks, is performed through an accurate analytical model for the fields excited by a small source in the proximity of the human body. New asymptotic expressions are derived for the fields, uniformly valid for the range of values of the physical and geometrical parameters of interest. The theoretical analysis leads to the rigorous estimation of important parameters of the communication link. Moreover, an experimental setup is built in order to validate the approach and to obtain further physical insight into aspects not modeled by the theoretical analysis

Focusing choke ring antenna for a short-range millimeter-wave exposure system

International audienceAn advanced feed for a mm-wave short-range exposure system is reported. The feed configuration is optimized to provide a highly-uniform illumination of biological samples positioned close to the antenna aperture. The prototype of the antenna is fabricated in metallized foam and measured. Its near-field characteristics are studied using the infrared imaging technique. The significant advantages of the reported choke ring antenna in terms of the enhanced exposure efficiency, improved exposure uniformity, and reduced exposure distance, are demonstrated via comparison with standard open-ended waveguide and horn antennas

Problématique de l'homogénnéisation des matériaux artificiels et résonnants présentant un indice de réfraction négatif

Cette étude traite de métamatériaux à indice de réfraction négatif constitués d'une répartition périodique de tiges et anneaux résonants (aussi appelés Split Ring Resonators ou SRRs). Ces structures ayant des dimensions électriques voisines d'un dixième de la longueur d'onde, l'approximation des milieux effectifs est généralement faite et la permittivité et la perméabilité effectives sont calculées au sens de Fresnel. En effet, malgré la nature composite du milieu, nous l'assimilerons à un matériau homogène auquel nous affecterons des grandeurs macroscopiques identiques matériaux classique. Cependant, des auteurs ont démontré l'existence d'une bande de fréquence où la partie imaginaire de la permittivité est positive. Cette observation contredit notre intuition physique car cette partie imaginaire, représentant des pertes, devrait être négative quel que soit le signe de la partie réelle. La procédure d'homogénéisation de tels milieu semble donc avoir des limites. L'objectif de notre étude est d'interpréter les paramètres effectifs dans cette bande de fréquence anormale. Nous démontrons que leur validité au sens des équations de Fresnel est contestable. La participation d'onde évanescente à la propagation au sein de la structure périodique rend sa description macroscopique difficile. Dans la bande de fréquence où ces paramètres sont définis correctement, l'indice effectif atteint une valeur maximale dictée par la structuration du métamatériau

A flat-topped leaky-wave source for phased arrays with reduced scan losses

International audienceThis paper describes the design of a planar Fabry-Perot leaky wave antenna generating a flat-topped radiation pattern. The flat-topped pattern is achieved by exciting various leaky-wave modes between a metallic ground plane and a superstrate. Two configurations for the superstrate structure are proposed and analyzed: i) dielectric layers; ii) impedance sheets. In all cases, the antennas are fed by a small waveguide opening in the ground plane. An in-house optimization tool based on a Green's function spectral approach is used to derive the appropriate arrangement for the generation of the required flat-topped pattern. The proposed approach is validated numerically for an antenna generating a flat topped pattern in an angular range of ±25°. The proposed flat-topped antenna may be used for the design of phased arrays with reduced scan losses over a given angular range

An improved topology for reconfigurable CPSS-based reflectarray cell,

International audienceAn improved topology of a CPSS-based unit-cell is proposed as a building block of reconfigurable dual-CP reflectarrays in X-band. Its performance is first studied numerically under oblique incidence. Then, we show that it is possible to reduce significantly the number of active components needed to reconfigure the unit-cell, thus leading to an easier implementatio

Efficient Computation of the Coupling Between a Vertical Line Source and a Slot

International audienceA novel spectral formulation is proposed here for the coupling integral between a cylindrical wave with arbitrary radial wavenumber and azimuthal dependence, and a slot placed on a plane orthogonal to the wavefront. Such a kind of integral is massively encountered in electromagnetic modeling of stratified structures comprising slots and vertical pins or vias. The twofold spatial integral defining the coupling is transformed into an equivalent onefold spectral integral, the integration path of which is selected to obtain Gaussian decay of the integrand. Both propagating and evanescent cylindrical modes are considered. An arbitrary stratification orthogonal to the slot plane can be considered, as well as an arbitrary current on the slot. Numerical comparisons against the standard spatial approach are shown to validate the new formulation, and its advantage in terms of computation cost is investigated in depth