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Etudes de nouvelles fonctions radiofréquences à base d'antennes à onde de fuite composite main droite/gauche

Doctorant/Student

Romain Siragusa
soutenue le 04 décembre 2009
 

Encadrant/Supervisors

Directeur de thèse : Smail Tedjini

Co-encadrant : Pierre Lemaître-Auger


 

Jury

Rapporteurs :         Pr. Robert Staraj - Université Nice-Sophia Antipolis
                               Pr. Saïd Zouhdi - Université Paris Sud XI

Président:               Pr. Christophe Caloz - Ecole Plytechnique de Montréal

Examinateur :         Pr. Francisco Marcos de Assis - Université de Campina Grande

Résumé

Dans ce travail, nous nous intéressons au développement de nouvelles fonctions radiofréquences basée sur des Antennes à Onde de Fuite (AOF) de type composite main gauche/droite (CRLH en anglais). Dans la première partie du mémoire, la théorie ainsi que l'état de l'art des AOF et des structures CRLH est présentée. La deuxième partie concerne la modélisation circuit et la conception automatique d'AOF CRLH. Nous avons prouvé que le modèle classique décrivant des capacités interdigitées proposé par G. Allen devait être complété, ce que nous avons fait. Nous avons aussi développé un outil semi-automatique d'aide à la conception permettant la synthèse et l'analyse d'une cellule CRLH en technologie microruban. Ensuite, nous avons développé une méthode entièrement automatique de conception de lignes CRLH que nous avons appliquée à la conception d'une AOF CRLH non uniforme afin de minimiser les lobes secondaires. Une diminution de 5.9 dB fut observée. C'est une première. La troisième partie porte sur la conception d'une AOF électronique permettant un balayage spatial à fréquence fixe tout en conservant l'adaptation. Nous avons obtenu un balayage de -25° à 30° pour une impédance constante de 50 ohms. La quatrième partie est dévouée à l'utilisation des AOF CRLH dans un réseau circulaire plan pour des applications de focalisation. La configuration circulaire permet un ajustement dynamique de la distance de focalisation. Un réseau plan d'antennes dipôle a été réalisé et testé. Des distances de focalisation de 85 et de 100 cm furent testées et comparées aux modèles théoriques. Les écarts sont minimes. Enfin, une idée originale de réseaux avec des AOF CRLH est présentée.

Abstract

This work deals with the study of new radiofrequency applications based on the Composite Right/Left Handed (CRLH) Leaky-Wave Antenna (LWA). In the first part, we introduce the LWA and the CRLH theory. In the second part, circuit modelisation and automated design of CRLH structures are presented. We proved that the classical circuit model of interdigital capacitors introduced by G. Allen needed to be completed and improved. We also developed a semi-automated tool for the synthesis and the analysis of a micro-strip CRLH unit cell. Afterword, a first fully automated approach to design CRLH transmission lines is presented. We used this approach to reduce the side lobes level of a non uniform CRLH LWA. A decrease of 5.9 dB was observed. This is the first time that such a conception was done. The third part is devoted to the design of an electronic CRLH LWA using a double tuning to scan at constant frequency without mismatching. We obtained a scan from -25° to +30° for a constant impedance of 50  ohms. The subject of the fourth part is the use of phased antenna array for focalisation applications. Circular configuration was chosen because it easily allows dynamic modification of focal lengths. Dipole antennas array was realized and tested. Focal lengths of 85 cm and 100 cm were both tested and good agreement with respect to simulation was observed. Finally, a novel use of CRLH LWA in a phased antenna array is presented.

Mots clés / Key words

Antenne à onde de fuite, CRLH, méta-matériau, main gauche, modélisation, réseau à phase, focalisation, radiofréquence.

Leaky wave antenna, CRLH, metamaterials, left handed, modelisation, phased array antenna, focusing applications, radiofrequency.

Pour en savoir plus

  • R. Siragusa, H.V. Nguyen, P. Lematre-Auger, S. Tedjini and C. Caloz. Modeling and synthesis of the interdigital/stub composite right/left-handed artificial transmission line, in J. RF. Microwave Computer- Aided Engineering, vol. 19, no. 5, pp. 549-560, 2009.
  • R. Siragusa, H.V. Nguyen, E. Perret, P. Lematre-Auger, S. Tedjini and C. Caloz. Automated design of CRLH structures using co-design synthesis computational approach. In Proc. IEEE Asia Pacific Microwave Conference, Singapore, Dec. 2009.
  • R. Siragusa, P. Lemaitre-Auger and S. Tedjini. Near field focusing circular microstrip antenna array for RFID applications. In Proc. IEEE International Antenna and Propagation Symp., Charleston, USA, Jul. 2009.
  • R. Siragusa, H.V. Nguyen, C. Caloz et S. Tedjini. Efficient electronically scanned CRLH leaky-wave antenna using independent double tuning for impedance equalization. In Proc. CNC/USNC URSI National Radio Science Meeting, San Diego, USA, 2008.

mise à jour le 2 avril 2012

Grenoble INP Institut d'ingénierie Univ. Grenoble Alpes