This article presents a multi-band right-hand circularly polarized antenna designed for the Cube Satellite (CubeSat). Based on a quadrifilar structure, the antenna provides circular polarization radiation suitable for satellite communication. Moreover, the antenna is designed and fabricated using two 1.6 mm thickness FR4-Epoxy boards connected by metal pins. In order to improve the robustness, a ceramic spacer is placed in the centerboard, and four screws are added at the corners to fix the antenna to the CubeSat structure. These additional parts reduce antenna damage caused by vibrations in the launch vehicle lift-off stage. The proposal has a dimension of 77 × 77 × 10 mm³ and covers the LoRa frequency bands at 868 MHz, 915 MHz, and 923 MHz. According to the measurements in the anechoic chamber, antenna gains with the values of 2.3 dBic and 1.1 dBic are obtained for the 870 MHz and 920 MHz, respectively. Finally, the antenna is integrated into a 3U CubeSat that was launched by a Soyuz launch vehicle in September 2020. The terrestrial-to-space communication link was measured, and the antenna performance was confirmed in a real-life scenario.

Conception d'antenne reconfigurable et intégrée pour CubeSat: La croissance rapide des CubeSats a considérablement transformé l'industrie satellitaire, permettant des missions économiques et polyvalentes. Les antennes sont des composants essentiels des CubeSats, particulièrement pour les applications de télémétrie, suivi et commande (Telemetry, Tracking, and Control - TTC), garantissant une communication fiable avec les stations au sol. Traditionnellement, les antennes CubeSat impliquent souvent des mécanismes déployables risqués, augmentant la complexité et le potentiel de défaillances mécaniques. Cette thèse aborde ces défis en développant des antennes innovantes intégrées directement dans le châssis du CubeSat et dans les structures satellites existantes, telles que les panneaux solaires. À titre de preuve de concept, une antenne pour CubeSat de 3 unités (3U) fonctionnant dans la bande de très haute fréquence (VHF) est fabriquée et évaluée dans cette étude, respectant les contraintes dimensionnelles du CubeSat et les exigences du lanceur Poly-Picosatellite Orbital Deployer (P-POD). Des capacités avancées de formation de faisceau à travers des mécanismes d'alimentation actifs innovants sont également explorées afin d'améliorer les performances de communication. L'analyse par modes caractéristiques (Characteristic Mode Analysis - CMA) est largement utilisée pour analyser les structures des CubeSats, en identifiant les distributions de courant dominantes essentielles à l'optimisation des performances des antennes. La CMA est systématiquement étudiée sur plusieurs configurations et fréquences de CubeSats, avec des démonstrations pratiques réalisées à l'aide d'un prototype CubeSat 3U. Le prototype d'antenne est fabriqué et rigoureusement testé en chambre anéchoïque, validant ses caractéristiques de rayonnement, son adaptation d'impédance, sa polarisation et sa performance globale. Les principales contributions incluent l'introduction d'antennes intégrées directement dans les structures des CubeSats, éliminant les risques associés aux mécanismes déployables. Un flux de travail structuré de la CMA adapté aux conceptions CubeSat est détaillé, accompagné d'une antenne VHF validée à large ouverture de faisceau et polarisation circulaire pour les CubeSats 3U. De plus, cette approche est étendue afin de proposer une antenne reconfigurable pour les CubeSats 12U, améliorant ainsi la flexibilité opérationnelle. En somme, cette thèse fait progresser significativement les méthodologies d'intégration des antennes et les analyses électromagnétiques, offrant des solutions robustes, fiables et efficaces essentielles pour le succès et la croissance future des missions CubeSat.