| Focalisation en champ proche à des fréquences sub-THz à l’aide d’antennes à réseaux transmetteurs de faisceau fixe (Near-field focusing at sub-THz frequencies using transmitarray antennas) | ||
Defives, Marie - (2025-06-06) / Université de Rennes - Focalisation en champ proche à des fréquences sub-THz à l’aide d’antennes à réseaux transmetteurs de faisceau fixe Langue : Anglais Directeur de thèse: Clemente, Antonio Laboratoire : IETR , CEA LETI Ecole Doctorale : MATISSE Thématique : Sciences de l'ingénieur | ||
Mots-clés : réseau transmetteur, sub-THz, focalisation en champ proche, mesures en champ proche, Antennes-réseaux, Communication en champ proche Résumé : Les communications sans fil de nouvelle génération exigent des architectures et des systèmes d'antennes innovants pour atteindre des débits de données plus élevés, une faible consommation d'énergie et une couverture radio plus large. L'exploitation de la bande THz s'est avérée être le meilleur choix pour surmonter ces défis. Avec une bande passante intrinsèque de plusieurs dizaines de GHz, elle se présente comme le candidat le plus adapté. De plus, le passage des normes de télécommunications à des fréquences plus élevées permet d'atténuer la saturation du spectre qui se produit jusqu'à la gamme des ondes millimétriques. D'autre part, l'exploitation de fréquences élevées dois faire face aux importantes pertes de propagation dans l'espace libre, ce qui rend les liaisons radio en champ proche plus exploitables. Par conséquent, les réseaux sans fil du futur fonctionneront probablement dans la région de rayonnement du champ proche. L'ensemble de ces facteurs pousse à la nécessité d'antennes efficaces large bande et focalisant en champ proche. À ces fréquences, les caractéristiques de conception sont très petites, et les contraintes de fabrication limitent souvent les performances réalisables, nécessitant l'utilisation de technologies plus coûteuses et à haute résolution. Les réseau transmetteurs (Transmitarrays, TAs) ont émergé comme une solution particulièrement prometteuse et polyvalente pour la formation de faisceaux en trois dimensions. Ils résolvent efficacement la limitation en bande passante, inhérente aux antennes résonnantes et parent efficacement les systèmes d’alimentation dissipatif que l'on trouve couramment dans les réseaux phasés. De plus, les TAs peuvent être facilement intégrés dans des processus de fabrication planaire, tels que les cartes de circuits imprimés standard (PCB). Ces caractéristiques permettent le développement d'antennes à faible coût et à profil réduit offrant des capacités impressionnantes de mise en forme des faisceaux en champ proche dans la région sub-THz. Cette thèse présente, pour la première fois, un cadre mathématique complet conçu pour la détermination précise du rayonnement en champ proche émis par un transmetteur. Cet outil numérique innovant permet de prédire les amplitudes du champ électrique en tenant compte de toutes les caractéristiques des blocs élémentaires du système. Cela inclut la puissance injectée, le gain de la source focale, la distance entre la source focale et chaque cellule unitaire, ainsi que la directivité des cellules unitaires et leurs coefficients de transmission en phase et en amplitude. Une variété de schémas de focalisation en champ proche est obtenue, permettant de contrôler à la fois les distributions focales et longitudinales, qu'elles soient sur ou hors de l'axe de propagation. Les TAs correspondants sont fabriqués à l'aide d'un processus PCB standard et caractérisés expérimentalement à 300 GHz dans une grande variété de scénarios. Les résultats empiriques valident l'approche d'analyse et de conception proposée. Résumé (anglais) : Next-generation wireless communications demand innovative architectures and antenna systems to achieve higher data rates, low energy consumption, and broader radio coverage. Exploiting the THz band has appeared as the best choice to overcome these challenges. With an intrinsic bandwidth of several tens of GHz, it arises as the most suitable candidate. Furthermore, shifting telecom standards to higher frequencies helps alleviate spectrum saturation occurring until the millimetre-wave range. On the other hand, high-frequency operation faces the challenge of free-space path loss, making near-field radio links more practical. Therefore, upcoming future wireless networks are likely to function within the radiating near-field region. All of the above pushes towards the needs of efficient and wideband near-field focusing antenna. At these frequencies, the design features are tiny, and fabrication constraints often limit the achievable performance, requiring the use of more expensive, high-resolution technologies. Transmitarrays (TAs) have emerged as a highly promising solution for versatile beam-forming throughout various spatial dimensions. They effectively address the inherent bandwidth restrictions of resonant antennas and the lossy feed networks commonly found in phased arrays. Moreover, TAs can be easily integrated with planar fabrication processes, such as standard printed circuit boards. These features enable the development of low-cost, low-profile antennas that offer impressive near-field beam-shaping capabilities in the sub-THz region. This dissertation introduces, for the first time, a comprehensive mathematical framework designed for the precise determination of the near-field radiation emitted by a Transmitting Array (TA). This innovative numerical tool enables the prediction of electric field amplitudes by considering all characteristics of the system's elementary building blocks. These include the injected power, the gain of the focal source, the distance between the focal source and each unit cell, as well as the directivity of the unit cells and their transmission coefficients in both phase and amplitude. A variety of near-field focusing patterns are achieved, allowing for control over both the focal and longitudinal distributions, whether on or off the propagation axis. The corresponding TAs are manufactured using a standard PCB process and experimentally characterized at 300 GHz in a wide variety of scenarios. The empirical results validate the proposed analysis and design approach. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-20913 | ||
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