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Thèse

Compact antennas with radiation constraints manufactured using additive technologies for UAV and nanosatellite applications

Résumé : Des véhicules aériens sans pilote (UAV) et des nanosatellites sont déployés à grande échelle dans le but de servir pour des applications industrielles et de recherche. Dans la pratique, ces petites plateformes demandent l’intégration de plusieurs antennes compactes pour différents besoins en communication, navigation, ou encore surveillance. L’intégration de ces antennes sur de telles plateformes est donc plus difficile en raison de ses petits plans de masse. L’une des solutions originales permettant de fournir des propriétés de rayonnement directives sans utiliser des grands plans de masse, repose sur la conception des sources de Huygens. Un diagramme de rayonnement cardioïde peut, de ce fait, être réalisé en combinant deux dipôles orthogonaux électriques et magnétiques rayonnant le même champ, respectivement dans leurs plans E et H. Dans ce travail, plusieurs antennes à résonateur diélectrique (DRA) avec propriétés d’une source de Huygens sont étudiées. Afin de générer des dipôles électriques et magnétiques équivalents, plusieurs TE modes peuvent être excités dans un résonateur diélectrique rectangulaire. De ce fait, en utilisant les nombreux degrés de liberté de leur conception, il est possible de concevoir des DRAs de tailles réduites avec des propriétés d’efficacité de rayonnement élevées et de larges bandes passantes. En d’autres termes, la fabrication additive, ou l’impression 3D, a ici été utilisée pour fabriquer les DRAs proposés. L’impression 3D ouvre la voie à de nouvelles antennes utilisant des formes complexes et des matériaux hétérogènes/anisotropes afin de contrôler, par exemple, sa bande passante et ses caractéristiques de rayonnement. Au cours de cette thèse, deux sources de Huygens en polarisation linéaire et circulaire, et utilisant des résonateurs diélectriques empilés, ont d’abord été étudiées. La configuration empilée est ici formée par deux résonateurs avec des permittivités diélectriques isotropes différentes afin de générer une paire de dipôles électriques et magnétiques équivalents, nécessaires à l’obtention d’un rayonnement dans un demi-espace. Il est par la suite démontré qu’utiliser un diélectrique anisotrope uniaxial est une solution originale permettant de réduire le volume de ces sources de Huygens empilées. Le diélectrique anisotrope a ainsi été conçu en structurant le matériau 3D imprimé en plusieurs cellules unitaires de sous-longueur d’onde pour obtenir un matériau dont la permittivité diélectrique effective est contrôlée par le taux de remplissage de volume de ses cellules unitaires. Afin de démontrer les possibilités offertes par l’impression 3D de céramiques anisotropes, une antenne DRA à alimentation unique et à polarisation circulaire dans la bande ISM 2.45 GHz a d’abord été conçue, imprimée et mesurée. L’anisotropie a ici été utilisée pour exciter deux modes orthogonaux avec certaines conditions de amplitude et phase, afin d’obtenir une polarisation circulaire. Enfin, une source de Huygens compacte est conçu, utilisant un diélectrique céramique anisotrope dans la bande ISM 2.45 GHz.
Type de document :
Thèse
Liste complète des métadonnées

https://hal-enac.archives-ouvertes.fr/tel-03711702
Contributeur : Carlos David Morales Peña Connectez-vous pour contacter le contributeur
Soumis le : vendredi 1 juillet 2022 - 15:35:01
Dernière modification le : mardi 12 juillet 2022 - 12:17:34

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  • HAL Id : tel-03711702, version 1

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Citation

Carlos David Morales Pena. Compact antennas with radiation constraints manufactured using additive technologies for UAV and nanosatellite applications. Electromagnetism. Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace Toulouse, 2021. English. ⟨tel-03711702⟩

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