Analysis and design of novel diplexing and beamforming antenna systems for satellite communications and iot applications

Karami, Farzad (2025). Analysis and design of novel diplexing and beamforming antenna systems for satellite communications and iot applications. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 114 p.

Prévisualisation

PDF Télécharger (10MB) | Prévisualisation

Résumé

Les systèmes sans fil à micro-ondes et ondes millimétriques ont révolutionné les technologies de communication, stimulant l’innovation dans des domaines tels que les communications par satellite, les transports intelligents et l’Internet des objets (IoT). Opérant dans le spectre de 1 à 300 GHz, ces systèmes permettent des débits de données ultra-élevés, une utilisation efficace du spectre et une connectivité fiable, les rendant indispensables pour les applications émergentes. Cependant, leur mise en oeuvre présente des défis majeurs, nécessitant de nouvelles approches de conception pour résoudre des problèmes tels que l’efficacité spectrale, la rentabilité et la compacité des systèmes.
Cette thèse doctorale présente une série de conceptions innovantes visant à surmonter ces défis et à faire progresser l’application des systèmes à micro-ondes et ondes millimétriques. La première étude introduit une structure de duplexage compacte en bande Ku ainsi qu’une antenne directive à rayonnement en bout à deux ports pour les réseaux ferroviaires à grande vitesse, garantissant une fiabilité et des performances élevées. La deuxième étude se concentre sur une architecture multifonctionnelle à faisceau commuté pour la communication véhicule-satellite, améliorant considérablement la couverture de balayage et la capacité des canaux. La troisième étude développe un coupleur hybride à large bande pour ondes millimétriques basé sur des lignes microstrip parallèles, couvrant la plage de 20 à 42 GHz, qui est ensuite appliqué à la conception d’un système d’antenne monopulse mince pour la détection de débris spatiaux lors des missions d’exploration satellitaire.
Ces contributions répondent à des défis cruciaux dans la conception et l’implémentation des systèmes de communication de prochaine génération, ouvrant la voie à des solutions performantes et économiques pour des applications de pointe. Ce travail fait progresser l’état de l’art en communication sans fil et démontre le potentiel des technologies à micro-ondes et ondes millimétriques pour façonner l’avenir de la connectivité, de la sécurité et de l’efficacité dans divers domaines.

Microwave and millimeter-wave wireless systems have revolutionized communication technologies, driving innovation across domains such as satellite communications, smart transportation, and the Internet of Things (IoT). Operating within the 1–300 GHz spectrum, these systems enable ultra-high data rates, efficient spectrum utilization, and reliable connectivity, making them indispensable for emerging applications. However, the implementation of these systems faces significant challenges, requiring novel design approaches to address issues such as bandwidth efficiency, cost-effectiveness, and system compactness.
This doctoral thesis presents a series of innovative designs to overcome these challenges and advance the application of microwave and millimeter-wave systems. The first study introduces a compact Ku-band diplexing structure and a two-port directive end-fire antenna for high-speed railway networks, achieving high reliability and performance. The second study focuses on a multifunctional switched-beam architecture for vehicular-to-satellite communication, significantly enhancing scanning coverage and channel capacity. The third study develops a broadband millimeter-wave rat-race coupler based on parallel microstrip lines, covering the 20–42 GHz range, which is then applied to design a thin monopulse antenna system for space debris detection on satellite exploration missions.
These contributions address critical challenges in the design and implementation of next-generation communication systems, paving the way for high-performance, cost-effective solutions in cutting-edge applications. This work advances the state of the art in wireless communication and demonstrates the potential of microwave and millimeter-wave technologies to shape the future of connectivity, safety, and efficiency in diverse fields.

Type de document:	Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse:	Boutayed, Halim
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Talbi, Larbi
Départements et école, unités de recherche et services:	Informatique et ingénierie
Date de dépôt:	06 mars 2025 13:46
Dernière modification:	06 mars 2025 13:46
URI:	https://di.uqo.ca/id/eprint/1751

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt