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INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 1 METABIP – IETR – 9/07/07 Antennes-BIE à surface combinée: Excitation par source réelle (antenne.

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1 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 1 METABIP – IETR – 9/07/07 Antennes-BIE à surface combinée: Excitation par source réelle (antenne Patch) Thai-Hung VU, Anne-Claude TAROT Sylvain COLLARDEY, Kouroch MAHDJOUBI IETR, UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1 Antennes-BIE à surface combinée

2 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 2 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

3 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 3 METABIP – IETR – 9/07/07 I. Rappels d R Onde plane incidente SSR 1b (r’’ 1 ; t’’ 1 ) SSR 1a (r’ 1 ; t’ 1 ) Développement d’une formule analytique pour décrire la surface combinée Source ponctuelle  Coefficient de réflexion SSR 2 (r 2 ; t 2 ) SSR 1 (r 1 ; t 1 ) D2D2 D Amplitude Phase  SSR1a : a/Pt=20%, Pt=10mm,  SSR1b : a/Pt=5%, Pt=20mm,  d = mm  Exemple d’une surface combinée

4 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 4 METABIP – IETR – 9/07/07 SSR 2 = PEC SSR 1 (r 1 ; t 1 ) Antenne à BIE classique SSR 2 = PEC SSR 1a (r’ 1 ; t’ 1 ) SSR 1b (r" 1 ; t" 1 ) Antenne à BIE avec SSR combinée Comparaison Influence sur l’Impédance (étude analytique) Plus large bande Antenne à BIE classique à SSR combinée ( Avec les mêmes directivités) I. Rappels sur la SSR combinée

5 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 5 METABIP – IETR – 9/07/07 SSR 2 = PEC SSR 1 (r 1 ; t 1 ) Antenne à BIE classique SSR 2 = PEC SSR 1a (r’’ 1 ; t’’ 1 ) SSR 1b (r’ 1 ; t’ 1 ) Antenne à BIE avec SSR combinée ( Avec les mêmes directivités) Influence sur le diagramme de rayonnement (étude analytique) Plus large bande (a) F= 2,305 GHz (b) F= 2,344 GHz (c) F res = 2,383 GHz (d) F= 2,422 GHz Comparaison Antenne à BIE classique / SSR combinée I. Rappels sur la SSR combinée

6 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 6 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple –F cavité = F patch = 2.45 GHz –F cavité = 2.45 GHz, F patch = 2.55 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

7 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 7 METABIP – IETR – 9/07/07 II. Excitation par antenne Patch simple Validation avec une source réelle (patch) ROGERS RT : h=3,175 mm  r = 2,33 Patch seul (à F 0 = 2,45 GHz)  Lpatch = 36,5 mm BP 30 MHz

8 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 8 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR simple (à F 0 = 2,45 GHz ): Patch & SSR combinée (à F 0 = 2,45 GHz )  Redimensionner un patch à 2,55 GHz a=13mm – Pt=40 mm a 1 =21,6mm – Pt 1 =40 mm a 2 =5,6mm – Pt 2 =40 mm BP 25 MHz BP 30 MHz II. Excitation par antenne Patch simple

9 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 9 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch seul à F 0 = 2,55 GHz  Lpatch = 36 mm BP 76 MHz II. Excitation par antenne Patch simple

10 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 10 METABIP – IETR – 9/07/07 Résonance du patch seul BP 40 MHz BP 55 MHz Patch & SSR simple (à F 0 = 2,45 GHz ): Patch & SSR combinée (à F 0 = 2,45 GHz ) II. Excitation par antenne Patch simple -> Même réflectivité à 2.45 GHz

11 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 11 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple –F cavité = F patch = 2.45 GHz –F cavité = 2.45 GHz, F patch = 2.55 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

12 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 12 METABIP – IETR – 9/07/07 Etude sur la Variété de la configuration 4 Configurations Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée

13 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 13 METABIP – IETR – 9/07/07 Effets sur L’impédance Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée

14 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 14 METABIP – IETR – 9/07/07 Polarisation principale à 2,45 GHz Plan E Effets sur le diagrammes de rayonnement Polarisation croisée à 2,45 GHz Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée

15 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 15 METABIP – IETR – 9/07/07 Plan H Polarisation croisée à 2,45 GHz Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 Effets sur le diagrammes de rayonnement Polarisation principale à 2,45 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée

16 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 16 METABIP – IETR – 9/07/07 DIRECTIVITEGAIN III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 Modèle 3 le plus favorable

17 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 17 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple –F cavité = F patch = 2.45 GHz –F cavité = 2.45 GHz, F patch = 2.55 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

18 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 18 METABIP – IETR – 9/07/07 Diagrammes de rayonnement Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz IV. Configuration optimale de la position

19 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 19 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz IV. Configuration optimale de la position

20 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 20 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz IV. Configuration optimale de la position

21 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 21 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz IV. Configuration optimale de la position

22 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 22 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz IV. Configuration optimale de la position

23 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 23 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz F = 2,55 GHz IV. Configuration optimale de la position

24 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 24 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz IV. Configuration optimale de la position

25 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 25 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz IV. Configuration optimale de la position

26 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 26 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz IV. Configuration optimale de la position

27 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 27 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz IV. Configuration optimale de la position

28 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 28 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz IV. Configuration optimale de la position

29 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 29 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz F = 2,55 GHz IV. Configuration optimale de la position

30 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 30 METABIP – IETR – 9/07/07 Résonance du patch seul BP 40 MHz BP 55 MHz Patch & SSR simple (à F 0 = 2,45 GHz ): Patch & SSR combinée (à F 0 = 2,45 GHz ) IV. Configuration optimale de la position

31 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 31 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz Patch & SSR combinée IV. Configuration optimale de la position

32 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 32 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple –F cavité = F patch = 2.45 GHz –F cavité = 2.45 GHz, F patch = 2.55 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

33 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 33 METABIP – IETR – 9/07/07 Condition de résonance (mode de fonctionnement de la cavité) :  + φ Rcomb =2kD Méthode d’optimisation mise en œuvre : Algo génétique a 1, a 2, d, D D2D2 D (r 2,t 2 ) (r 1,t 1 ) PEC CONST : Pt 1, Pt 2, R min, f 0,  f  f 1 = f 0 -  f, f 2 = f 0 +  f, VAR a 1, a 2 (r 1, t 1 ), (r 2, t 2 ), D 2 R comb = f (r 1, t 1, r 2, t 2, D 2 ) centré sur f 0 ? φ1φ1 φ0φ0 φ2φ2 Φ (f)=φ r1 +φ r2 Phase f f0f0 f2f2 f1f1 α F(f)=2kD Oui Non Hauteur de la cavité f o de coût F minimale ? varier D 2 T f f0f0 f2f2 f1f1 T0T0 T1T1 f o de coût F sur la phase de R comb sur le coeff. de Transmission V. Retour sur la méthode d’optimisation

34 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 34 METABIP – IETR – 9/07/07 R max R min FF Pt 1 Pt 2 a1a1 a2a2 DD1D1 D2D % % fonction de coût en fonction du coefficient de transmission fonction de coût : phase du coefficient de réflexion R comb R max R min FF Pt 1 Pt 2 a1a1 a2a2 DD1D1 D2D % % V. Retour sur la méthode d’optimisation

35 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 35 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR simple Patch & SSR combinée a 1 =28.1mm - Pt 1 =40mm Même |R|=0.95 à 2.45 GHz Coefficient de Transmission (analytique) Directivité (analytique) V. Retour sur la méthode d’optimisation a =17mm – Pt = 40 mm a 2 = Pt 2 =40mm

36 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 36 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée (à F 0 = 2,45 GHz ) V. Retour sur la méthode d’optimisation F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz Patch & SSR simple (à F 0 = 2,45 GHz )

37 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 37 METABIP – IETR – 9/07/07 Sommaire I. Rappel –Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple –F cavité = F patch = 2.45 GHz –F cavité = 2.45 GHz, F patch = 2.55 GHz III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée –Influence sur l’impédance –Influence sur le diagramme de rayonnement –Influence sur le gain et la directivité IV. Configuration optimale de la position –Cavité à surface combinée: variation du digramme avec la fréquence –Cavité à surface simple: variation du digramme avec la fréquence –Comparaison et conclusion V. Retour sur la méthode d’optimisation VI. Conclusions et Perspectives

38 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 38 METABIP – IETR – 9/07/07 4°- Développement d’un algorithme d’optimisation (algo génétique) avec 2 fonctions de coût différentes 3°- Comparaison : Patch + SSR combinée est plus large bande en diagramme et directivité mais pas forcément en impédance ! 2°- Quatre configurations d’excitation sont examinées : cas optimal, modèle 3 1°- Excitation de la cavité par source réelle (patch) au lieu de source idéale 1°- Augmenter la BP globale : Z, Diagramme, Directivité, Gain 2°- Prédiction de la modification d’impédance et de la fréquence de travail de la source primaire après son insertion dans la cavité Conclusions Perspectives VI. Conclusions et Perspectives

39 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 39 METABIP – IETR – 9/07/07 1°- 4 Configurations excitées par patch : Configuration optimale: Modèle 3 Conclusions VI. Conclusions et Perspectives

40 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 40 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & simple SSR Patch & SSR combinée 2°- Patch + SSR combinée est plus large bande en diagramme et directivité Mais pas forcément en impédance (excitation par source réelle) ! BP 40 MHz BP 55 MHz VI. Conclusions et Perspectives

41 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 41 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR combinée (à F 0 = 2,45 GHz ) V. Retour sur la méthode d’optimisation F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

42 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 42 METABIP – IETR – 9/07/07 Patch & SSR simple (à F 0 = 2,45 GHz ): V. Retour sur la méthode d’optimisation F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

43 INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 43 METABIP – IETR – 9/07/07 Directivité SSR combinée SSR simple IV. Configuration optimale de la position


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