Réseaux d'antennes en ondes millimétriques à base de guides à bande interdite réalisés par fabrication additive

RÉSUMÉ La demande satellitaire mondiale est en constante augmentation. Le modèle actuel de cou-verture terrestre, soit l’utilisation de constellation, requiert un nombre très élevé de satellites placés en orbite basse autour de la Terre. À titre d’exemple, la constellation Starlink, appar-tenant à la compagnie américaine Space X, comptera à termes plus de 10 000 satellites. Afin de répondre à cette nouvelle demande du marché, les fabricants de satellites font face à un changement majeur de leur procédé manufacturier : passer d’une capacité de fabrication de quelques satellites par année à plusieurs dizaines par mois. Ce mémoire propose l’étude d’une technologie manufacturière novatrice, soit la fabrication additive (ou impression 3D), pour la fabrication d’antennes et de circuits radiofréquences. Afin de vérifier les capacités de cette technique manufacturière, une antenne réseau large bande a été conçue, fabriquée et mesurée. Cette antenne a un faisceau de type lame. Le milieu de propagation choisi pour le circuit d’alimentation du réseau est le guide d’onde à bande interdite de type crête, car celui-ci présente certaines caractéristiques qui se prettent bien à la fabrication additive. L’antenne proposée par nos travaux a été conçue en bande Ka, afin d’avoir une bande passante double allant de 25.4GHz à 28.8 GHz et de 32GHz à 36.6 GHz. De plus, afin de pousser les limites de la précision du procédé manufacturier, une mise à l’échelle géométrique a été effectuée, déplaçant ainsi la double bande visée en bande V, soit de 37.5GHz à 42.5GHz et 47.2GHz à 52.4GHz pour la première mise à l’échelle en plus de 47.4GHz à 53.8GHz et 59.8GHz à 66.4GHz pour la deuxième mise à l’échelle. Nos travaux ont démontré la limite de la fabrication additive pour la seconde mise à l’échelle, celle-ci a dû être abandonnée après les premiers prototypes car les défauts de fabrication affectaient trop les performances. Dans ce cas particulier, les pertes de réflexion ne montraient aucune corrélation entre celles simulées et celles des deux prototypes identiques fabriqués. Par contre, pour les 2 autres mise à l’échelle, soit l’échelle de conception et la première mise à l’échelle, le procédé manufacturier a permis la qualification de circuit et d’antenne viable. Pour l’échelle de conception, cela se traduit par un gain entre 19 et 21dB pour un réseau de 8 éléments et des pertes de retour au port du circuit d’alimentation au pire de 15dB mais surtout autour de 20dB. Le plus grand défaut du diagramme de rayonnement est la présence d’importants lobes discordants, soit des lobes secondaires dus à un espacement non-optimal des éléments du réseau. Ces lobes discordants sont situés entre 44 et 33 degrés de part et d’autre du lobe principal.