Procédures de mesure et outils de traitement de données pour améliorer la caractérisation du rayonnement d’antenne : intégration de l’axe fréquentiel

Résumé

Dans le contexte de la mesure du rayonnement des antennes en chambre anéchoïque, ce sujet vise à intégrer aux axes d’échantillonnage classiques du domaine spatial, l’axe fréquentiel. L’objectif est, non pas de considérer la fréquence uniquement comme un paramètre de contrainte liée à la mesure, mais comme un degré de liberté à disposition pour développer des nouveaux outils de traitement de données et de nouvelles procédures de mesure. De manière plus générale, ce sujet de thèse s’inscrit dans une prospective d’enrichissement des modèles pour proposer des outils innovants et efficaces permettant de répondre aux attentes en caractérisation d’antennes et en optimisation des ressources métrologiques.

Contexte et problématique

La caractérisation du champ émis par les systèmes rayonnants demeure une étape importante pour la validation d’équipements ou pour la preuve de concept. La complexité des caractérisations est intimement liée à la définition des attendus et aux caractéristiques de l’élément à mesurer. L’analyse de ce besoin conduit à la définition des propriétés à vérifier par l’infrastructure de mesure, au choix de la technique de mesure et à l’estimation des contraintes opérationnelles. Ce dernier point est un élément crucial dans la définition de l’acceptabilité de la campagne de mesure. En effet, une campagne de mesure peut être faisable techniquement, mais inacceptable en pratique si sa durée est par trop excessive. C’est dans ce contexte général que de nombreux travaux continuent d’être menés afin d’accroître l’efficience des infrastructures de mesure. 

Une stratégie classique consiste à réduire les temps de mesure en réduisant le nombre de points collectés, tout en maintenant un même niveau de précision. Les méthodes utilisées se basent alors sur une parcimonie des points de mesure prélevés. Cette parcimonie est définie par des règles liées aux dimensions de l’antenne, ou par des analyses plus complexes en intégrant sa géométrie. In fine la solution apportée au problème initial est donc obtenue en faisant le lien entre les 3 degrés de libertés de l’espace correspondant à la localisation des points de mesures, et la géométrie plus ou moins simplifiée de l’antenne à tester.

Il est important de noter que, dans ces approches, la solution obtenue est mise en œuvre pour toute la plage de fréquence d’intérêt du système rayonnant et les méthodes de traitement associées sont couramment appliquées fréquence par fréquence. En effet, singulariser la solution pour chaque point de fréquence serait contre-productif pour atteindre l’objectif de réduire le nombre point de mesures. L’usage classique est alors d’établir le plan de mesure en prenant le cas le plus contraignant, à savoir la fréquence la plus élevée.

Axes de recherche et déroulement prévisionnel de la thèse

Dans cette thèse nous nous proposons d’intégrer l’utilisation de l’axe fréquentiel en plus des axes de positionnement mécanique pour améliorer l’efficience des campagnes de mesure, notamment pour :

- proposer des plans de mesure plus rapides en intégrant l'axe fréquence comme un des axes définissant l’échantillonnage de mesure, fortement dimensionnant d’un point de vue temps d’acquisition.

- gagner en précision : l’étude du gain de précision pour un plan d’échantillonnage donné permettrait de réduire la contrainte de rapport signal à bruit lors de la mesure. Ceci relâcherait la contrainte sur la dynamique des chaînes de mesures et donc sur le temps de mesure lorsque des moyennes de relevés ou du filtrage IF sont utilisés.

- ajouter des traitements d'interpolation fréquentielle dans le but réduire les temps de mesure : une réduction du nombre de points de fréquence accélèrerait le temps de balayage fréquentiel de la chaîne de mesure, nécessitant alors une interpolation selon l’axe fréquence.

Les techniques multi-fréquentielles sont actuellement largement sous-représentées dans le domaine de la mesure antenne relativement à l’idée de diminuer le nombre de points de mesure. En effet, si ces techniques sont répandues d’un point de vue filtrage (fenêtrage temporel, matrix pencil), les études existantes sur l’accélération des mesures reposent sur des approches dites harmoniques, à fréquence fixée.

La technique de mesures d’antennes envisagée pour ce travail serait de type sphérique en champ lointain (mesure en base compacte) voire champ proche, avec une application possible pour certaines parties à la technique de mesure champ proche planaire.

Les validations expérimentales seront réalisées au sein de la plateforme M²ARS, en mettant à contribution les moyens de caractérisation d’antennes existant : CAMILL (base compacte en bandes millimétriques), CACENDRA (mesures sphériques champ proche ou champ lointain) et IDEM (scanners champ proche planaire).

Les cas tests d’intérêts présenteront différents degrés de complexité permettant de valider les développements selon un processus agile, allant d’un niveau initial de type cornet standard, à un niveau final de type antenne à dépointage selon deux axes.

Structuré en 6 départements et 14 équipes thématiques de recherche, les travaux que nous menons adressent de multiples défis scientifiques majoritairement liés à la transformation numérique de la société, mais aussi à ses transitions en matière d’environnement, d’écologie, d’énergie et de santé. Résolument ouvert vers le partenariat et la recherche collaborative, l’IETR est un partenaire de choix dans ses domaines d’expertises.

Implanté en Bretagne (Rennes, Saint-Brieuc, Lannion, Coëtquidan) et en Pays de la Loire (Nantes, Angers, La Roche sur Yon), l’IETR rassemble plus de 350 collaborateurs issus des 5 établissements et organismes tutelles du laboratoire (CNRS (Ingénierie et Sciences Informatiques), CentraleSupélec, INSA Rennes, Nantes Université et Université de Rennes) ; l’IETR accueille également des chercheurs et enseignants-chercheurs d’autres établissements et associés par convention d’accueil. L'IETR accueille une 6ème tutelle à partir du 1er janvier 2025 : l'ENS Rennes.

Etudiant·e en M2 ou dernière année de formation d’ingénieur en électronique, télécommunications ou mathématiques appliquées.

Nationalité : Union Européenne ou Confédération Suisse.