Soft polymer for electrically tunable patch antenna in X band: design and characterizations
Polymère souple pour antenne patch électriquement accordable en bande X : conception et caractérisations
Résumé
In communication systems, smart antennas with large frequency tunability (agility) have been gaining worldwide attention over the past few years due to the proliferation of global wireless communication standards in close proximity to one another. However, conventional solutions use electronic components which induce additional costs and make the system more complicated. Moreover, the electronic devices have moved from rigid to flexible dielectric substrates to reduce the cost and to obtain stretchability and conformability properties.
The goal of this thesis is to put together these two topics. The chosen original approach consists of the mechanical reconfiguration of antenna patch printed on a soft membrane substrate with electrostatic actuation in X band, at around 10 GHz. Moreover, a new polymeric substrate was employed in this structure, the polyurethane (PU).
Firstly, the technological processes required to realize the antenna patch on the PU substrate were developed. Then, the dielectric properties of polyurethane films were measured on a large frequency band in order to define the antenna patch dimensions using high frequency simulations. Finally, the first antennas patch realized and characterized have a figure of merit Frequency tunability/Voltage higher than the state of the art. Preliminary studies were also carried out to explore various feasible ways for improved the antenna systems performances.
Dans le domaine des systèmes communicants, les antennes accordables (agiles) en fréquence suscitent un intérêt croissant en raison de la prolifération des standards de communication sans fils, proches les uns des autres. Toutefois, les solutions traditionnelles sont basées sur des composants actifs qui ont pour effet d’engendrer un surcoût et de complexifier le système. De plus, nous assistons également à une migration de l’électronique sur substrat rigide vers des substrats flexibles pour des raisons de coût et une recherche de souplesse et de conformabilité des systèmes.
Cette thèse a pour objectif de lier ces deux thématiques par une approche originale qui consiste en la reconfiguration mécanique d’antenne patch sur substrat membranaire souple par un actionnement électrostatique en bande X, vers 10 GHz. Pour cela, un substrat polymérique innovant pour ce type de structure antennaire est utilisé, le polyuréthane (PU).
À cet effet, les procédés technologiques nécessaires à la fabrication des antennes patch sur substrat en PU ont été développés. Ensuite, la caractérisation des propriétés diélectriques de films de polyuréthane sur une large bande de fréquence a été effectuée afin de pouvoir dimensionner le système antennaire à l’aide de simulations hyperfréquence. Enfin, la réalisation et la caractérisation de premiers systèmes antennaires sur membrane en PU ont montré que les figures de mérites Agilité fréquentielle/Tension mesurées sont supérieures à l’état de l’art. Des études préliminaires ont également été effectuées pour explorer différentes voies envisageables en vue d’une amélioration des performances des systèmes antennaires.
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