Wideband antenna miniaturization with artificial materials
Miniaturisation des antennes large bande à l'aide de matériaux artificiels
Résumé
In the field of electronic warfare, control of the electromagnetic spectrum is essential. Antennas must have an extremely broad frequency coverage. Their frequency band of operation may exceed the decade, i.e. a ratio of 10 between high and low frequencies. In addition, the low frequency can be close to a hundred MHz thereby increasing the size of the antenna in the direction of thickness. The integration of low-band antenna is a major challenge. Frequency independent antennas loaded by a cavity absorbent are conventional antennas dedicated to electronic warfare commonly used. The work presented in this manuscript are intended to remove the absorbent present in antennas to increase efficiency and reduce their thickness. Our research was oriented towards artificial materials, such as artificial magnetic conductor (amc) and electromagnetic band gap materials (ebg), enabling the practical realization of magnetic reflector. After a state of the art of analytical, numerical and experimental methods, we study the behavior of an archimedean spiral antenna in free space and then with two types of theoretical reflectors: perfect electric conductor (pec) and perfect magnetic conductor (pmc). We proposed and experimentally validated an innovative methodology to design a wideband and low profile antenna. Finally, we presented a hybrid reflector composed of electrical and magnetic conductors. These two types of conductors are combined to extend the operating bandwidth of the antenna. Using an archimedean spiral, we show that antenna have exploitable properties at low and high frequency.
Dans le domaine de la guerre électronique, la maîtrise du spectre électromagnétique est primordiale. Les antennes doivent donc posséder une couverture fréquentielle extrêmement large. Leur bande de fréquences de fonctionnement peut dépasser la décade, i.e. un rapport 10 entre fréquences haute et basse. De plus, la fréquence basse peut être voisine de la centaine de MHz augmentant de ce fait l'encombrement de l'antenne dans le sens de l'épaisseur. L'intégration d'antenne bande basse sur porteur constitue donc un enjeu majeur. Les antennes classiques dédiées a la guerre électronique font habituellement appel a des antennes dites " indépendantes de la fréquence " chargées par une cavité absorbante. Les travaux présentes dans ce manuscrit ont pour but de supprimer les absorbants présents dans les antennes pour a la fois augmenter leur efficacité et réduire leur épaisseur. Nos recherches se sont orientés vers les matériaux dits " artificiels ", les conducteurs magnétiques artificiels (CMA) et des matériaux a bandes interdites électromagnétiques (BIE), permettant la réalisation pratique de réflecteur magnétique. Apres un état de l'art sur les méthodes analytiques, numériques et expérimentales, nous étudions le comportement de l'antenne spirale d'Archimède en espace libre puis en présence de réflecteurs théoriques: conducteur électrique parfait et conducteur magnétique parfait. Nous avons proposé et validé expérimentalement une méthodologie innovante pour la conception d'antenne large bande faible épaisseur. Enfin, nous avons présenté un réflecteur hybride exploitant les propriétés des conducteurs électriques et magnétiques afin d'étendre la bande de fréquences des antennes.
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