Conception d'une cellule d'antenne réseau-réflecteur reconfigurable à large bande

Avec l’avènement des nouvelles technologies, des défis scientifiques et industriels sont relevés tous les jours. Les satellites en orbite basse sont une source d’innovation pour les télécommunications, la télédétection, la météorologie ou encore l’imagerie terrestre mais imposentsimultanément le défi de leur vitesse angulaire élevée, nécessitant une orientation rapide des antennes terrestres pour les suivre. Les antennes réseau-réflecteurs reconfigurables émergent comme une solution. Ces dernières se basent sur l’utilisation de résonances qui est un phénomène à bande étroite, limitant ainsi la gamme de fréquences permettant le contrôle du faisceau. Des recherches innovantes s’efforcent d’élargir ces possibilités pour répondre aux besoins complexes de communication et de suivi. Afin de répondre à la limite de la gamme de fréquences utilisable, la conception d’une antenne réseau-réflecteur reconfigurable suivant un concept innovant de mélange de technologies est proposée. La géométrie de la cellule de réseau présentée s’articule autour de quatre surfaces cuivrées reliées entre elles par une diode varactor au centre et deux diodes PIN, une de chaque côté. Les diodes varactor sont utilisées dans le milieu des antennes réseau-réflecteurs reconfigurables pour leur changement de phase continu via la variation de leur capacité, permettant ainsi un déplacement de la fréquence de résonance fin et continu. Les diodes PIN sont quant à elles utilisées pour offrir un décalage fréquentiel à grande échelle. L’utilisation de deux diodes PIN donne naissance à quatre fréquences de résonance éloignées les unes des autres, dont le spectre sera comblé par le déplacement fréquentiel fin qu’offre la diode varactor. La combinaison de ces deux technologies a pour potentiel d’offrir une très large bande d’utilisation en fréquence. La cellule élémentaire développée a une forme rectangulaire de dimensions 10.16 mm x 10.16 mm. Les quatre surfaces cuivrées sont placées sur un substrat RO4003 fin, lui-même séparé du plan de masse par une couche d’air. Cette couche d’air permet de réduire les pertes de retour de la cellule élémentaire. Une optimisation du compromis entre la plage de phase, la bande de fréquence et les pertes du coefficient de réflexion est proposée. Une première géométrie ignorant la problématique de la polarisation des éléments électroniques est retenue afin de valider le fonctionnement théorique de la cellule dans la bande de fréquence visée, à savoir la bande X se situant entre 8 GHz et 12 GHz. Ce modèle permet de valider les avantages que présentent cette géométrie en terme de performances par rapport aux autres cellules de ce genre présentées dans la littérature, notamment en terme de bande fréquentielle et de largeur de plage de phase.