Développement d’un réseau d’antennes multifaisceaux à base de Matrice de Butler passive pour applications 6G dans la bande 12.7–13.25 GHz

Ghyat, Mahmoud (2025). Développement d’un réseau d’antennes multifaisceaux à base de Matrice de Butler passive pour applications 6G dans la bande 12.7–13.25 GHz. Mémoire. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d’informatique et d’ingénierie, 66 p.

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Résumé

Le spectre de bande intermédiaire (7–24 GHz) est aujourd’hui reconnu comme un axe stratégique majeur pour répondre aux exigences croissantes de connectivité mobile, combinant à la fois une capacité élevée et une couverture étendue. Plus particulièrement, la bande des 13 GHz (12,7–13,25 GHz, 550 MHz de bande passante) se distingue par ses excellentes propriétés de propagation, sa capacité spectrale substantielle et son potentiel élevé de réutilisation, ce qui en fait un candidat clé pour les futures infrastructures 6G. Dans ce contexte, les systèmes d’antennes à réseau phasé multifaisceaux émergent comme une solution privilégiée pour soutenir les déploiements massifs attendus. Toutefois, les architectures traditionnelles reposant sur des modules émetteurs/récepteurs actifs posent des défis en termes de coût, de consommation énergétique et de complexité. Pour surmonter ces défis, l’utilisation de technologies de formation de faisceaux adaptatives passives, notamment la Matrice de Butler, représente une alternative particulièrement prometteuse. Ces réseaux offrent une architecture simplifiée, des coûts de fabrication réduits et une consommation de puissance continue (DC) nettement inférieure à celle des solutions actives, répondant ainsi aux exigences des déploiements 6G massifs et économes en énergie. Dans cette optique, ce projet de recherche a permis de concevoir, développer, fabriquer et valider expérimentalement un réseau d’antennes multifaisceaux reposant sur une matrice de Butler passive, spécifiquement optimisée pour fonctionner dans la bande de fréquences 12,7–13,25 GHz. L’étude a évalué de manière rigoureuse les performances du système à travers des analyses en simulation et en mesure, incluant les diagrammes de rayonnement, la répartition spatiale des faisceaux, les pertes d’insertion ainsi que l’isolation entre faisceaux.

The mid-band spectrum (7–24 GHz) is now recognized as a major strategic focus area to meet the growing demands of mobile connectivity, providing both high capacity and extended coverage. In particular, the 13 GHz band (12.7–13.25 GHz, 550 MHz bandwidth) stands out due to its excellent propagation characteristics, substantial spectral capacity, and high potential for frequency reuse, making it a key candidate for future 6G infrastructures. Within this context, phased-array multibeam antenna systems have emerged as a favored solution to support anticipated massive deployments. However, conventional architectures based on active transmitter/receiver modules present significant challenges in terms of cost, power consumption, and complexity. To overcome these challenges, passive adaptive beamforming technologies, notably the Butler matrix, represent a particularly promising alternative. These networks offer simplified architectures, reduced manufacturing costs, and significantly lower continuous (DC) power consumption compared to active solutions, thereby addressing the requirements of large-scale, energy-efficient 6G deployments. In this context, this research project enabled the design, development, fabrication, and experimental validation of a multibeam antenna array based on a passive Butler matrix, specifically optimized to operate within the 12.7–13.25 GHz frequency band. The system performance was rigorously evaluated through combined simulation and measurement analyses, including radiation patterns, spatial beam distribution, insertion losses, and beam-to-beam isolation.

Type de document:	Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse:	Talbi, Larbi
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Hettak, Khelifa
Mots-clés libres:	Matrice de Butler; Antennes patch; 5G; 6G; Formation de faisceau; Passif; 12.7-13.25 GHz; Simulation HFSS; Paramètres S; Diagrammes de rayonnement
Départements et école, unités de recherche et services:	Informatique et ingénierie
Date de dépôt:	12 févr. 2026 20:51
Dernière modification:	12 févr. 2026 20:51
URI:	https://di.uqo.ca/id/eprint/1888

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