Bibliography : p.221-227. / xxiii, 227 p. : ill. (some col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Physics and Mathematical Physics, 1994

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μεθόδων διαφορισμού και πολύπλεξης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών. Αρχικά, γίνεται μια ανασκόπηση της βασικής θεωρίας με τη ντετερμινιστική και στοχαστική μοντελοποίηση του ασύρματου τηλεπικοινωνιακού καναλιού. Αφού παρουσιάζονται οι βασικές τεχνικές διαμόρφωσης, ακολουθεί η σύγκριση του καναλιού Λευκού Προσθετικού Γκαουσιανού Θορύβου (AWGN) με το κανάλι επίπεδων διαλείψεων (flat fading) Rayleigh. Στη συνέχεια, μελετάται ο διαφορισμός στο χώρο με χρήση πολλαπλών κεραιών στον πομπό ή/και στο δέκτη και παρουσιάζονται βασικές τεχνικές μετάδοσης και ανίχνευσης. Ξεκινώντας από συστήματα SIMO και MISO με διαφορισμό μόνο στο δέκτη και στον πομπό, αντίστοιχα, καταλήγουμε στο σύστημα MIMO που εμφανίζει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Τέλος, τα θεωρητικά αποτελέσματα που προκύπτουν επαληθεύονται με τη χρήση προσομοιώσεων, για τις οποίες εφαρμόζεται η τεχνική σημαίνουσας δειγματοληψίας (Importance Sampling). / The main goal of this diploma thesis is the study of diversity and multiplexing techniques which are employed in wireless communication systems. First of all, the deterministic and stochastic model of the wireless channel are introduced. After the presentation of the basic modulation techniques, the Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel is compared with the Flat Fading Rayleigh channel. Space diversity aims at improving the performance of wireless systems in fading environments. More precisely, basic transmission and detection techniques are analyzed for systems with multiple antennas at the transmitter or/and the receiver. Beginning from SIMO and MISO systems the thesis concludes with the study of MIMO systems which are the most interesting. Finally, the theoretical results are confirmed with simulations developed with a fast simulation method called importance sampling.

L'évaluation précise de la surface équivalente radar (SER) large bande de cibles complexes et de grande dimension est réalisée par des méthodes numériques rigoureuses. Parmi celles-ci, la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) est bien adaptée pour effectuer ce calcul de SER sur une large bande de fréquence et obtenir une signature temporelle de la cible. Le schéma de Yee, schéma FDTD historique pour la simulation de propagation d'ondes électromagnétiques en régime transitoire, souffre de deux points faibles cruciaux: la dispersion numérique imposant une finesse de maillage; et l'approximation de la géométrie curviligne par un maillage cartésien avec des marches d'escalier détériorant la qualité des résultats. Les schémas FDTD d'ordre supérieur en espace ont été investigués pour la réduction de l'effet de la dispersion numérique. Dans cette thèse, le schéma Conservative Modified FDTD(2,4) a été développé dont les performances, en précision et en ressources, sont très intéressantes pour le calcul de SER. Liés au problème de l'approximation de la géométrie curviligne, le traitement des bords de plaques métalliques reste une difficulté non résolue pour les schémas FDTD(2,4) à stencil élargi. Les techniques conformes sont des approches développées pour le schéma de Yee, lesquelles ont été étudiées pour les schémas FDTD(2,4) afin de prendre en compte correctement la géométrie curviligne. Nous proposons une nouvelle approche reposant sur le modèle des fils obliques pour la modélisation des éléments surfaciques métalliques. Des applications SER de cibles montrent que celle-ci est prometteuse. / Rigorous numerical methods are used to compute an accurate wideband radar cross section (RCS) evaluation of large complex targets. Among these, finite differences in time domain method is appropriated for the wideband characteristic and also to obtain a transient responses of the target. The Yee scheme, known historically as an FDTD scheme for Maxwell equations, is hindered by two crucial weak points: numerical dispersion which imposes a high mesh resolution; and staircase approximation of curve geometry which deteriorates results quality. High-order space differential operator for FDTD schemes have been investigated to limit numerical dispersion errors. In this thesis, the Conservative Modified FDTD(2,4) scheme has been developed and its performance has shown very accurate results with reasonable workload for RCS computation. Relating to curve geometry modeling problem, metallic edges modeling is still an unsolved problem for FDTD(2,4) schemes with enlarged stencil. Conformal techniques have been developed for the Yee scheme and has been studied for FDTD(2,4) to accurately model curve geometry. We propose a new approach based on oblique thin wire model to model metallic surfaces. RCS computations of several targets have shown that this method is promising.

Depuis plusieurs années, des recherches sont conduites à l'ONERA, sur les radars " transhorizon " et notamment sur le radar de surveillance côtière à onde de surface (ROS). En vue d'augmenter les performances de ce radar, il est nécessaire d'améliorer son rayonnement en onde de surface. Lors de précédents travaux réalisés à l'ONERA et à l'UPMC, il a été proposé d'utiliser un métamatériau pour lancer, vers la surface de la mer, une onde confinée, ce qui est impossible avec un matériau à permittivité positive. Le métamatériau devra être placé sur le sol, devant les antennes d'émission du radar, ce qui permettra d'augmenter leur rayonnement vers la surface, sans pour autant modifier significativement l'architecture du système. Mais l'ajout du métamatériau crée une rupture d'impédance entre le métamatériau et le sol. L'objectif de ces travaux de thèse est de répondre à deux questions principales. La rupture d'impédance existant entre le métamatériau et le sol va-t-elle diffracter l'onde de surface créée sur celui-ci ? L'augmentation du niveau de champ électrique, à la surface du métamatériau, va-t-elle se conserver lors de la propagation sur la mer ? / For many years, researches « on over the horizon radar » are investigated, especially on the High Frequency Surface Wave Radar (HFSWR), which is dedicated to the maritime surveillance. To increase the efficiency of the HFSWR we deal with the part of the electromagnetic field radiated at low elevation angle. In a previous work conducted at ONERA and UPMC, it has been suggested to use a metamaterial to launch, at the interface between air and ground a confined wave, which can not exist with a soil with positive permittivity. The metamaterial is placed on the interface in the vicinity of the transmitting antennas to allow the propagation of a strong surface wave without modifying significantly the architecture of the system. But, the inclusion of this metamaterial creates a quite high discontinuity in permittivity. The principal aim of this research work is to answer two main questions. The discontinuity of permittivity between the metamaterial and the soil, is it going to diffract the surface wave create over the metamaterial? The improvement of the electric field level at low elevation angle metamaterial, is it going to keep throughout the propagation on the sea?

Ce mémoire présente la conception d'un radar Ultra Large Bande à déclenchement optoélectronique dédié au rayonnement d'impulsions ultra-courtes dans une bande de travail comprise entre 300MHz et 3GHz pour réaliser des opérations de détection à courte et moyenne portée. A l'émission, ce radar est composé de plusieurs sources de rayonnement élémentaires constituées d'une antenne au sein de laquelle un générateur optoélectronique est intégré, d'un générateur de haute tension pulsée et d'un système commande optique. Des mesures de validation ont été menées pour s'assurer du bon fonctionnement d'une source. Cette association garantit une excellente synchronisation entre les sources et autorise un balayage électromagnétique autonome rapide en ajustant les fréquences de répétition (quelques dizaines de MHz) de chaque générateur de manière à décaler proportionnellement à l'angle visé, l'instant d'alimentation. A la réception, une antenne ou plusieurs antennes sont utilisées pour récupérer les signaux diffractés par les cibles et un traitement de signal est appliqué pour reconstruire l'image. Ce traitement spécifique permet de s'affranchir de la limite de détection en distance imposée par la fréquence de répétition en utilisant une association entre des calculs de corrélation et une déconvolution itérative. Un des vecteurs d'amélioration de la qualité de l'image a également été développé. Il concerne la génération de forme d'ondes et plus particulièrement le façonnage spectral par profilage temporel en utilisant un algorithme d'optimisation évolutionnaire. / This thesis presents the design of an Ultra Wide Band radar triggered by an optoelectronic generator which is dedicated to ultra short pulses radiation for short and medium range detection. The emitting part of this radar is based on transmitting array composed of several UWB antennas with an integrated photoswitch device triggered using optical pulses and a receiving UWB antenna. A specific signal processing method has been proposed and implemented for UWB optoelectronic radar involving autonomous beam scanning capability in order to overcome the limitation in the depth of detection encountered while using standard imaging algorithm. Indeed, this hybrid correlation/CLEAN algorithm considers the whole measured burst and finds the relevant information to rebuilt a radar map with a very good accuracy. In order to improve the radar map quality, the waveform generation technique has been discussed and, more precisely, the temporal shaping method to obtain specific spectrum using evolutionary algorithm.

Dès lors que des éléments rayonnants sont placés à proximité les uns des autres, comme c'est le cas au sein des antennes réseaux à balayage électronique, des interactions électromagnétiques parasites se créent entre eux. Ces couplages se manifestent par une perturbation des répartitions de courants des sources du réseau. Leur impact dépend fortement de l'angle de dépointage du réseau mais est généralement néfaste, car ils modifient les caractéristiques du rayonnement des sources. Les différents objectifs de compacité et les spécifications de performances radioélectriques visés pour les radars aéroportées peuvent conduire à des structures qui supportent et favorisent ces phénomènes de couplages parasites, sous la forme d’ondes d’espace et de surface. Ces derniers peuvent aller jusqu'à entrainer l'impossibilité pour l'antenne de rayonner dans certaines directions et à certaines fréquences d’utilisation : on parle de directions aveugles. Ce phénomène limite de manière considérable le volume de dépointage opérationnel d'un système radar. La maîtrise du couplage entre les éléments rayonnants est donc l'une des problématiques essentielles du développement et du dimensionnement d'une antenne réseau. La recherche qui traite de ce sujet n'en est plus à ses débuts (les premiers radars à balayage électronique sont exploités depuis les années 50) mais reste toujours en attente de solutions innovantes permettant de mieux comprendre et maîtriser ces phénomènes. Dans cette thèse, plusieurs méthodes permettant de minimiser les effets du couplage dans les réseaux à balayage électroniques ont été investiguées. Les travaux s'orientent notamment autour du défi de réduire les conséquences des directions aveugles sans modifier la maille initiale du réseau d'antenne (contrainte iso-maille). / When radiating elements are located close to one another, as it is the case in electronically phased array antennas, parasitic electromagnetic interferences occur between them. The impact of these coupling mechanisms depends to a large extent on the scanning angle of the array, but is usually harmful, since it alters the radiating properties and the active input impedance of the sources. The compactness objectives and radioelectric performances required for airborne radars can lead to structures that support and foster these parasitic couplings, in the form of surface or space waves. In some cases, mutual coupling can even result in the impossibility for the array to radiate in certain directions and at certain frequencies. This phenomenon, referred to as scan blindness, significantly reduces the operating scan volume of a radar system. In that respect, the control of coupling mechanisms between radiating elements is a major issue when developing an array antenna and although the research that deals with this subject is no longer in its infancy, it is always pending for new and innovating solutions to master these phenomena. In this thesis, different solutions enabling to minimize the effect of couplings in phased arrays are investigated. The presented research revolves around the challenge of limiting scan blindness consequences without modifying the initial mesh of the array antenna.