Modelling and design of a beam-scanning plasma antenna based on leaky-waves
Modélisation et conception d'une antenne plasma à balayage basée sur des ondes de fuite
Résumé
In this work, a beam scanning leaky-wave antenna working at a fixed operating frequency and constructed from a grounded plasma layer is proposed. The radiation angle can be tuned by the plasma electron density which is controlled by the power. A 2D theoretical model based on a canonical structure is proposed to study the leaky waves. The antenna parameters (plasma thickness, length and permittivity) are dimensioned using this theoretical model, at 10 GHz, and a microwave source is chosen to excite the antenna. The scanning range of about 60° needs a plasma reaching an electron density of 1.24 10₁₂ cm⁻₃ In a second step an inductively coupled plasma source is chosen since it meets the dimensioning requirements. The measurements of the plasma parameters confirm the requirements. Finally, the antenna prototype is designed.
Nous proposons dans cette thèse l‘étude et la conception d‘une antenne plasma à ondes de fuite reconfigurable, en tirant profit du caractère accordable de la permittivité des décharges plasma par la puissance. La reconfigurabilité de l‘antenne fonctionnant à fréquence fixe consiste au contrôle de la direction de rayonnement par la densité électronique du plasma, elle-même commandée par la puissance d‘une source plasma radiofréquence externe fonctionnant à 13.56 MHz. Le travail s‘organise en trois parties. Dans un premier temps, nous développons un modèle théorique pour étudier les ondes de fuite dans une configuration canonique 2D. Ce modèle permet de dimensionner les paramètres de l‘antenne : permittivité, épaisseur et longueur du plasma. Des simulations avec un logiciel de simulation permettent de valider ce modèle. Nous réalisons dans ce travail le dimensionnement d‘une antenne fonctionnant à 10 GHz. Le balayage angulaire du rayonnement d‘une soixantaine de degrés obtenu avec cette antenne nécessite une densité électronique du plasma allant jusqu‘à 1.24 10₁₂ cm⁻₃.La deuxième partie du travail concerne l‘aspect plasma. Nous choisissons tout d‘abord une source plasma radiofréquence à couplage inductif pour notre antenne car répond aux critères fixés par le dimensionnement. Nous passons ensuite à la réalisation expérimentale de ce type de plasma ce qui nous permet de vérifier ces critères. Enfin, nous passons aux conditions expérimentales avec des simulations de l‘antenne en 3D. Nous réalisons ensuite un prototype de l‘antenne.
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