Nouvelle Antenne à profil bas multistandards pour application aéronautique par l'utilisation de SDR (software defined radio)

Abstract

The development of antennas in aeronautics is crucial to ensuring reliable and efficient connectivity between onboard navigation and communication systems and their external environment. These antennas cover a wide range of frequencies, from 0.19 MHz to 40 GHz, and are essential for the transmission and reception of signals in various avionic systems. Traditionally, each avionic system is connected to one or more specific antennas located on the aircraft's fuselage via cables. However, the shift towards compact multi-system architectures through the use of software-defined radio (SDR) allows for weight reduction by decreasing the number of cables and avionic equipment required. This approach also helps to reduce aircraft drag by minimizing the number and size of surface-mounted antennas. In this context, our thesis aims to propose a new architecture, namely a multi-standard antenna design for DME (Distance Measuring Equipment), TCAS (Traffic Collision Avoidance System), and ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) systems in the L-band. The proposed antenna is a linearly polarized patch antenna, chosen for its optimized performance in terms of gain and radiation pattern, thus meeting the stringent requirements of TCAS and ADS-B standards. To validate and optimize this design, the antenna will be simulated using CST Microwave Studio, a renowned electromagnetic simulation software in the industry. This simulation will refine the antenna's characteristics, such as its efficiency, directivity, and ability to operate effectively within the specific frequencies used by the aforementioned avionic systems. Therefore, this thesis aims to introduce an innovative antenna technology that not only enhances the performance of essential avionic systems but also contributes to reducing the weight and drag of aircraft, while maintaining the reliability and safety of air communication and navigation. Résumé Le développement d'antenne dans le secteur aéronautique joue un rôle fondamental dans l'assurance d'une connectivité fiable et performante entre les systèmes de navigation et de communication à bord des aéronefs et leur environnement. Ces antennes couvrent une vaste gamme de fréquences, allant de 0,19 MHz à 40 GHz, et sont indispensables pour la transmission et la réception des signaux dans différents systèmes avioniques. Historiquement, chaque système avionique était relié à une ou plusieurs antennes dédiées, placées sur le fuselage de l'avion, via des câbles. Toutefois, la tendance actuelle s'oriente vers des architectures compactes multi-systèmes, utilisant la radio logicielle (SDR), ce qui permet de réduire le poids en diminuant le nombre requis de câbles et d'équipements avioniques. Cette méthode contribue également à diminuer la traînée de l'avion en réduisant le nombre et la dimension des antennes situées en surface. Dans ce cadre, notre recherche propose une nouvelle architecture: une conception d'antenne multi-standards pour les équipements de mesure de distance (DME), le système de prévention des collisions (TCAS) et la diffusion de surveillance dépendante automatique (ADS-B) dans la bande L. La conception retenue est une antenne patch à polarisation linéaire, sélectionnée pour ses performances optimisées en matière de gain et de diagramme de rayonnement, et qui répond ainsi aux normes rigoureuses des systèmes TCAS et ADS-B. Pour garantir et améliorer cette conception, l'antenne sera soumise à une simulation à l'aide de CST Microwave Studio, un logiciel reconnu dans le domaine de la simulation électromagnétique. Cette étape permettra de perfectionner les caractéristiques de l'antenne, telles que son efficacité, sa directivité et sa capacité à fonctionner de manière optimale aux fréquences spécifiques utilisées par les systèmes avioniques en question. Ainsi, ce travail de recherche vise à introduire une technologie d'antenne novatrice qui renforce non seulement les performances des systèmes avioniques essentiels, mais qui contribue également à alléger le poids et à réduire la traînée des aéronefs, tout en préservant la fiabilité et la sécurité des communications et de la navigation aérienne.