Higher-Order Space Harmonics in Leaky-Wave Antennas and Their Applications in Wireless Systems

RÉSUMÉ Ces dernières années, des recherches importantes ont été menées pour répondre à la forte demande des normes de communication sans fil de cinquième génération (5G). À cet égard, des efforts considérables sont déployés pour développer différents composants radiofréquence (RF) pour la gamme de fréquences 2 (FR2) allant de 24,25 GHz à 52,6 GHz pour la prochaine future bande passante standard des communications sans fil. En outre, en raison de la croissance rapide des réseaux et de la demande de transmission de données sans fil à plus haut débit, la bande passante devient un problème crucial pour les ingénieurs de conception de systèmes. Deux solutions potentielles pourraient être appliquées pour surmonter un tel problème en termes d'utilisation d'un fonctionnement multibande et d'une diversité de polarisation. Auparavant, le fonctionnement multibande était mis en œuvre via différentes configurations d'antenne, ce qui nécessitait l'utilisation d'ouvertures séparées. En outre, l'application de la diversité de polarisation nécessite généralement l'utilisation de transducteurs orthomodes non planaires, ce qui entraîne un encombrement du système. Par conséquent, la principale motivation de cette thèse est axée sur le développement de matériel intégré planaire à profil bas et à faible coût à la fréquence des ondes millimétriques (mmW) pour être adapté à la mise en œuvre des futures communications sans fil 5G et leurs applications connexes. Cette thèse exploite et propose un concept très original d'harmonique spatial d'ordre supérieur (HSH) qui permet de réaliser différentes configurations d'antennes. La nouveauté présentée dans cette thèse réside dans l'étude du principe de fonctionnement du HSH qui nous fournit une ligne directrice pour la conception d'antennes à fuite (LWA) avec différentes performances basées sur la technologie de guide d'onde intégré au substrat (SIW). Un tel concept nous permet de réaliser une antenne avec les capacités d'être à faisceau unique, à faisceaux multiples, à bandes multiples, à double mode et à double polarisation en plus du fonctionnement à faisceau fixe et à faisceau de balayage à partir d'une seule ouverture qui peut satisfaire le exigences de la communication 5G et leurs applications connexes. Une procédure de conception analytique complète est présentée avec des vérifications par des simulations pleine onde et des mesures de prototypes. Pour commencer, les comportements fondamentaux de HSH dans une structure SIW périodique sont théoriquement analysés. Les équations pour les conditions d'excitation de HSH et leur constante de propagation associée des modes fondamentaux et d'ordre supérieur dans une cellule unitaire SIW périodique sont étudiées. Outre la contribution de HSH en tant qu'onde rapide associée à la sélection du substrat, la permittivité, la périodicité, la largeur effective d'une cellule unitaire SIW et les fréquences de coupure de mode sont étudiées, analysées et démontrées.