Thèse Conception et Optimisation d'Un Réseau Planaire 2D à Polarisation Circulaire en Bande X et Ku à Grande Capacité de Dépointage Basé sur la Technologie Marpem pour Applications Embarquées sur H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Limoges École doctorale : Sciences et Ingénierie Laboratoire de recherche : XLIM Direction de la thèse : Edson MARTINOD ORCID 0000000344225263 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59 L'essor des plateformes aériennes sans pilote (UAV - Unmanned Aerial Vehicles) s'accompagne d'un besoin croissant en systèmes de communication et de détection compacts, légers, et à hautes performances. Parmi ces systèmes, les antennes à balayage électronique jouent un rôle clé pour assurer la liaison avec les stations sol, d'autres drones, ou des satellites à faible orbite. Les contraintes fortes en masse, volume et consommation imposent l'emploi de technologies planaires et à haut rendement.
Dans ce contexte, la technologie MARPEM (Matrice agile rayonnante à pixel élaborée en Metamatériaux) représente une approche prometteuse pour concevoir des réseaux antennaires planaires à faible couplage mutuel et à performances stables sous balayage angulaire important. L'objectif principal de cette thèse est de concevoir, modéliser et optimiser un réseau planaire 2D fonctionnant en bande X et Ku (10.7-14.5 GHz), à polarisation circulaire, capable de réaliser un balayage électronique de ±45° minimum dans les deux plans, tout en maximisant le gain, la pureté de polarisation et l'efficacité de rayonnement.
L'objet de cette thèse s'inscrit dans la suite des travaux de Paul Karmann (CIFRE DGA - ITOPP) dont la soutenance de thèse s'est déroulée fin 2022 et de Samuel Lottin (AID - ISL) dont la soutenance aura lieu en fin d'année 2026. Les travaux de Paul Karmann ont notamment porté sur l'étude des réseaux d'antennes pixel (MARPEM) en privilégiant une seule dimension de dépointage dans les bandes de fréquences L et S. La collaboration actuelle avec l'Institut Saint Louis (ISL) porte sur le développement d'un réseau à une dimension fonctionnant de 10,7 à 12,7 GHz en polarisation circulaire. Le sujet de thèse proposé est destiné à étendre l'étude de faisabilité d'un réseau à polarisation circulaire dans les deux dimensions, destiné à être embarqué sur des aéronefs en partenariat avec l'ISL. Il s'agit donc de tirer à la fois parti des avancées des projets précédents et d'intégrer dès la conception le développement d'un radôme de protection. Programme prévisionnel du projet :

Analyse et modélisation de la technologie MARPEM :
- Développer une ou plusieurs géométries numériques validées par simulation électromagnétique 3D en Ku Rx (entre 10,7 et 12,75 GHz).
- Comprendre les mécanismes de réduction du couplage mutuel et leur impact sur la bande passante, la polarisation et l'efficacité.
- Intégration de la problématique de la protection des éléments rayonnant par la prise en compte du design du radome

1. Conception d'un élément rayonnant unitaire à polarisation circulaire :
- Définition de la géométrie optimale pour la polarisation circulaire 2D (formes hybrides patch/fentes, une seule alimentation ou alimentations déphasées, etc.) dans une optique d'élargissement de la bande d'adaptation et de la capacité de dépointage.
- Étude des techniques d'excitation de la cavité MARPEM.
- Intégration de géométries de radomes multicouches à comportement large bande
o Conception intégrée à l'antenne
o Etude de diverses solutions techniques (gradient de permittivité, metasurface)

2. Synthèse d'un réseau 2D à balayage électronique ±45° minimum :
- Étude du comportement sous balayage : stabilité du diagramme, variation de gain, pertes de polarisation (Axial Ratio).
- Optimisation topologique (espacement, formes d'éléments, compensation de phase) pour maximiser le gain effectif sous balayage. (XLIM et ISL)
o Intégration et optimisation de géométries de radomes
- Conception de la topologie du réseau d'alimentation (ISL).

3. Implantation et validation expérimentale :
- Réalisation d'un prototype en bande X-Ku sur substrat PCB optimisé pour application drone (faible masse, robustesse) (ISL).
- Caractérisation en chambre anéchoïque : diagrammes de rayonnement, polarisation, rendement et gain sous différents angles de dépointage (XLIM et ISL).
- Test d'acquisition de signaux satellites par intégration sur porteur (ISL).

Le candidat doit posséder des solides bases académiques, une bonne capacité d'analyse, de l'autonomie et une grande curiosité intellectuelle et scientifique.