Antennes spatiales : Thales Alenia Space et l'IETR créent un laboratoire commun

La convention de création du premier Laboratoire de Recherche Commun entre l’IETR* et Thales Alenia Space, baptisé MERLIN (Micro-Ondes, Espace et Rayonnement : Laboratoire Intégré) est désormais signée. Objectif : explorer les technologies de rupture pour la conception de nouvelles antennes satellitaires.

Caractérisation d'antenne en chambre anéchoïque - Crédit : Claire Ronsin, IETR/INSA
  1. Antennes à réseaux réflecteurs et à métasurfaces
  2. Antennes utilisant des formateurs de faisceaux quasi-optiques
  3. Antennes à sources compactes intégrées

Depuis 27 ans, les équipes de l’Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes (IETR, UMR CNRS 6164) et de Thales Alenia Space - France collaborent pour étudier de nouveaux concepts d'antennes spatiales toujours plus innovantes et performantes. L’accord spécifique signé le 30 juin pour une durée de 5 ans donne naissance au laboratoire de recherche MERLIN. Il s’agit de favoriser une démarche de recherche concertée, partagée et pérenne. MERLIN rassemble ainsi dix scientifiques provenant à part égale de l’IETR (CNRS, INSA Rennes, et Université de Rennes 1) et d’une équipe de recherche de Thales Alenia Space.

Cette relation permet à l'industriel de bénéficier de la vision académique, plus conceptuelle, dans une démarche commune d'innovation en systèmes antennaires, à la recherche de ruptures technologiques. En retour, l'IETR se voit proposer de nouveaux défis techniques ambitieux inspirés de besoins concrets pour préparer les futures générations d'antennes spatiales. Par ailleurs, Thales Alenia Space s’engage à co-financer les travaux communs aux deux structures, par exemple au travers de thèses communes. MERLIN est également une porte d’entrée pour l’IETR vers des acteurs du secteur spatial tels que le CNES, représenté au conseil scientifique de MERLIN.

MERLIN travaille sur trois thématiques stratégiques, définies à moyen terme et en constante évolution.

Antennes à réseaux réflecteurs et à métasurfaces

Les antennes à réseaux réflecteurs, qui opèrent jusqu’à quelques dizaines de GHz, sont utilisables pour communiquer depuis des satellites à basse ou moyenne altitude, jusqu’à l’orbite géostationnaire (36000 km d’altitude). Elles fonctionnent en renvoyant les ondes d’une source primaire vers une direction choisie, à la manière des antennes paraboliques. Mais si pour la parabole, c’est la forme qui contrôle la direction de l’onde réfléchie, c’est ici une combinaison de motifs métalliques imprimés qui permet de modeler le rayonnement. Plus généralement, les métasurfaces, qui présentent des motifs de taille très petite devant la longueur d’onde, permettent aussi de moduler ses conditions de propagation, de transmission ou de réflexion.

Antennes utilisant des formateurs de faisceaux quasi-optiques

Cette thématique est poussée par le besoin croissant de permettre des transmissions à haut débit entre les satellites et des utilisateurs fixes ou en mouvement rapide (trains, avions…). Ceci repose sur des antennes directives large bande, aptes à balayer un large secteur angulaire mais sans perdre en précision de pointage : un défi rendu possible par l’emploi de systèmes multi-faisceaux. Afin de générer un grand nombre de ces faisceaux, le formateur d’ondes doit présenter des performances compatibles avec les exigences de la couverture radioélectrique désirée. De manière à optimiser le rayonnement, les scientifiques s’inspirent entre autres d’éléments utilisés en optique, comme les réflecteurs ou les lentilles, en les revisitant pour les adapter aux fréquences micro-ondes et millimétriques.

Antennes à sources compactes intégrées

Embarquées sur des satellites, dont la masse est directement reliée au coût de lancement, les antennes spatiales doivent répondre à des objectifs de performances élevées et à de fortes contraintes de taille et de masse. MERLIN s’attache donc à trouver des alternatives aux antennes de type cornet traditionnellement utilisées, qui assurent aujourd’hui une couverture large du globe ou qui sont des briques de base essentielles des réseaux focaux d’antennes multifaisceaux. Pour développer les technologies de rupture recherchées, les chercheurs de MERLIN doivent rendre les sources primaires plus compactes afin de simplifier significativement les réseaux focaux des antennes multifaisceaux ou la complexité des éléments rayonnants d’une antenne active.

Dans tous les cas, la modélisation numérique des antennes est essentielle. De même, tous les travaux de conception font l’objet de développement de preuves de concept, qui sont validées expérimentalement à l’aide des plateaux techniques et des plates-formes métrologiques de l’IETR.

*L’Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes (IETR) a pour tutelles Centrale Supélec, le CNRS, l’Institut des Sciences Appliquées de Rennes (INSA Rennes), l’université de Nantes et l’université de Rennes 1. L’équipe de l’IETR impliquée dans la construction de MERLIN regroupe des personnels issus du CNRS, de l’INSA Rennes et de l’Université de Rennes 1.