Printed reflectarrays Synthesis technique for Bipolarized Ku band space antenna design
Développement de techniques de synthèse de réseaux réflecteurs imprimés - Application à la conception d'antennes spatiales bipolarisées en bande Ku
Résumé
Microstrip reflectarrays combine advantages of both conventional reflectors (feed efficiency, low cost) and planar microstrip arrays (low profile, possibility to shape or tilt the radiation pattern). The radiation pattern of the reflectarrays is controlled by the array elements phase law. For many years, investigations are led on reflectarrays in order to get broadband, low losses and low cost antennas. This study focusing on passive dual-polarized microstrip reflectarrays for satellite telecommunication applications in the Ku band. The behavior of a microstrip patch loaded by slots is analysed. The cell is defined by many geometrical parameters offering numerous solutions to achieve a given phase. Thus, this cell diversity leads to a large number of distinctive generable layouts. In this work, a synthesis process taking advantage of the cell diversity is proposed. It is based on the use of cell selection strategies. The objective is to obtain one layout that respects specifications in term of coverage, losses and bandwidth. In this thesis, four cell selection strategies are presented and compared by the measurement of the four 22 lambda x 22 lambda reflectarrays at 14.25 GHz. The proposed synthesis process can be validated and the conception rules obtained are then applied to a realistic size of reflectarray. Its simulated performance seem to be very promising.
Les antennes réseaux réflecteurs (reflectarrays) combinent les atouts des antennes réflecteurs (efficacité de la source, faible coût de fabrication) et des antennes réseaux (profil plat, possibilité de former et dépointer le faisceau). Le diagramme de rayonnement des reflectarrays est contrôlé par la loi de phase produite par les éléments constituant le réseau. Ce concept d'antenne fait l'objet de nombreuses études visant à obtenir des antennes à la fois large bande, faibles pertes et faible coût. Le contexte de cette étude est la réalisation de reflectarrays passifs bipolarisés pour des applications de télécommunications satellite dans la bande Ku. Le comportement d'une cellule déphaseuse de type patch microruban chargé par des fentes est analysé. De nombreux paramètres définissent la géométrie de cette cellule offrant de multiples solutions pour réaliser une phase particulière. Cette diversité implique qu'une très grande quantité de layouts différents peuvent théoriquement être générés. Dans ce travail, un processus de synthèse tirant profit de la diversité des cellules déphaseuses est proposé. Il est basé sur l'utilisation de stratégies de sélection de cellule. L'intérêt est d'aboutir au choix d'un seul layout qui respecte les spécifications en termes de couverture, pertes et bande. Dans cette thèse, quatre stratégies de sélection de cellule sont présentées et comparées par la mesure de quatre reflectarrays de 22 lambda x 22 lambda à 14,25 GHz. Ces quatre reflectarrays ont permis de valider le processus de synthèse développé, et les règles de conception obtenues sont ensuite appliquées à un reflectarray de taille réaliste. Ses performances simulées semblent très prometteuses.
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