3D conformal antennas for radar applications / Luc Fourtinon ; sous la direction de Christian Person et de Alessio Balleri

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Antennes-réseaux

Méthodes graphiques

Imagerie tridimensionnelle

Courbes elliptiques

Radar -- Antennes

Classification Dewey : 004

Person, Christian (Directeur de thèse / thesis advisor)

Balleri, Alessio (Directeur de thèse / thesis advisor)

Rius, Éric (Président du jury de soutenance / praeses)

Ferro-Famil, Laurent (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Lalande, Michèle (1962-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Quéré, Yves (1980-....) (Membre du jury / opponent)

Lesueur, Guillaume (1981-...) (Membre du jury / opponent)

Pouliguen, Philippe (Membre du jury / opponent)

École nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Cranfield University (Organisme de cotutelle / degree co-grantor)

École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Embarqué sous le radôme du missile, les autodirecteurs existants utilisent une rotation mécanique du plan d’antenne pour balayer le faisceau en direction d’une cible. Les recherches actuelles examinent le remplacement des composantes mécaniques de rotation de l’antenne par un nouveau réseau d’antennes 3D conformes à balayage électronique. Les antennes 3D conformes pourraient offrir des avantages significatifs, tels qu’un balayage plus rapide et une meilleure couverture angulaire mais qui pourraient aussi offrir de nouveaux challenges résultant d’un diagramme de rayonnement plus complexes en 3D qu’en 2D. Le nouvel autodirecteur s’affranchit du système mécanique de rotation ce qui libère de l’espace pour le design d’une nouvelle antenne 3D conforme. Pour tirer le meilleur parti de cet espace, différentes formes de réseaux sont étudiées, ainsi l’impact de la position, de l’orientation et de la conformation des éléments est établi sur les performances de l’antenne, en termes de directivité, ellipticité et de polarisation. Pour faciliter cette étude de réseaux 3D conformes, un programme Matlab a été développé, il permet de générer rapidement le diagramme de rayonnement en polarisation d’un réseau donné dans toutes les directions. L’une des tâches de l’autodirecteur consiste à estimer la position d’une cible donnée afin de corriger la trajectoire du missile. Ainsi, l’impact de la forme du réseau sur l’erreur entre la direction d’arrivée mesurée de l’écho de la cible et sa vraie valeur est analysé. La borne inférieure de Cramer-Rao est utilisée pour calculer l’erreur minimum théorique. Ce modèle suppose que chaque élément est alimenté séparément et permet ainsi d’évaluer le potentiel des réseaux 3D conformes actifs.Finalement, l’estimateur du monopulse en phase est étudié pour des réseaux 3D conformes dont les quadrants n’auraient pas les mêmes caractéristiques. Un nouvel estimateur, plus adapté à des quadrants non identiques, est aussi proposé.

Résumé / Abstract : Embedded below the radome of a missile, existing RF-seekers use a mechanical rotating antenna to steer the radiating beam in the direction of a target. Latest research is looking at replacing the mechanical antenna components of the RF-seeker with a novel 3D conformal antenna array that can steer the beam electronically. 3D antennas may offer significant advantages, such as faster beam steering and better coverage but, at the same time, introduce new challenges resulting from a much more complex radiation pattern than that of 2D antennas. Thanks to the mechanical system removal, the new RF-seeker has a wider available space for the design of a new 3D conformal antenna. To take best benefits of this space, different array shapes are studied, hence the impact of the position, orientation and conformation of the elements is assessed on the antenna performance in terms of directivity, ellipticity and polarisation. To facilitate this study of 3D conformal arrays, a Matlab program has been developed to compute the polarisation pattern of a given array in all directions. One of the task of the RF-seeker consists in estimating the position of a given target to correct the missile trajectory accordingly. Thus, the impact of the array shape on the error between the measured direction of arrival of the target echo and its true value is addressed. The Cramer-Rao lower bound is used to evaluate the theoretical minimum error. The model assumes that each element receives independently and allows therefore to analyse the potential of active 3D conformal arrays. Finally, the phase monopulse estimator is studied for 3Dconformal arrays whose quadrants do not have the same characteristics. A new estimator more adapted to non-identical quadrants is also proposed.