ANTENNES COMPACTES POUR TÉLÉCOMMUNICATIONS (DOMAINE DÉCIMÉTRIQUE)

Présentation au sujet: "ANTENNES COMPACTES POUR TÉLÉCOMMUNICATIONS (DOMAINE DÉCIMÉTRIQUE)"— Transcription de la présentation:

1 ANTENNES COMPACTES POUR TÉLÉCOMMUNICATIONS (DOMAINE DÉCIMÉTRIQUE)
PRINCIPE ET APPLICATIONS

2 Historique, généralités
PLAN DU COURS Introduction Historique, généralités Caractéristiques des antennes Partie I : Antennes compactes Partie II : Antennes larges bandes Partie III : Antennes à polarisation circulaire Partie IV : Antennes grand gain Partie V : Formation de faisceau Partie VI : Antennes intelligentes Partie VII : MIMO

3 CONTEXTE DE L’ETUDE But : donner accès à des technologies complémentaires à partir d'un seul terminal Composant critique : l'antenne

4 LES ANTENNES COMPACTES
Deux grandes familles d’antennes Antennes non-résonantes Antennes résonantes Boucles magnétiques L<<l Ondes progressives L>>l Antennes filaires L # l Antennes planaires Grande majorité des applications de terminaux mobiles Gain faible Nécessité d’un circuit d ’adaptation

5 Utilisation d’un plan de masse
LES ANTENNES FILAIRES Élément de base : le dipôle taille min. : l/2 Utilisation d’un plan de masse Le monopôle taille min. : l/4

6 LES ANTENNES FILAIRES (2)
Antenne boucle résonante Antenne hélice Hélice simple Mode radial Mode axial Hélices multiples

7 LES ANTENNES PLANAIRES
Antenne à fente Dual du dipôle l/2 l/4 Même comportement que le dipôle mais en inversant les champs E et H. Du coup, inversion également des impédances.

8 LES ANTENNES PLANAIRES
Antenne patch Pastille métallique à la surface d’un substrat diélectrique dont la face inférieure est métallisée. Rayonnement directif Mode fondamental l/2

9 LES ANTENNES PLANAIRES
Principe de fonctionnement : cavité à fuites

10 LES ANTENNES PLANAIRES
Systèmes d’alimentations : Système classique : sonde coaxiale Placement en fonction de l’impédance et des modes désirés

11 LES ANTENNES PLANAIRES
Alimentation par ligne microruban : Impédance élevée Ajout d’un effet selfique

12 LES ANTENNES PLANAIRES
Alimentation par proximité par ligne à fente par ligne coplanaire par ligne microruban en sandwich couplage par fente

13 REDUCTION D’ENCOMBREMENT
Antenne chargée : Ajout de self ou capacité Modification de la géométrie : On rallonge le trajet de l’onde au sein d’un même volume (modifie la polarisation)

14 UTILISATION DE COURT-CIRCUITS
Antenne quart d’onde : Antenne IFA et PIFA : Effet inductif du court-circuit

15 ANTENNES PLANAIRES EVOLUEES
Patch quart d’onde C-patch P.I.F.A. Fil-plaque

16 QUELQUES DETAILS SUR L’ANTENNE FIL-PLAQUE
Structure sans fil de masse avec fil de masse

17 QUELQUES DETAILS SUR L’ANTENNE FIL-PLAQUE
champ H champ E

18 QUELQUES DETAILS SUR L’ANTENNE FIL-PLAQUE
Plan de coupe vertical Plan de coupe azimutal Rayonnement

19 L’ANTENNE FIL-PLAQUE COPLANAIRE
Principe champ E Plan de masse périphérique Substrat diélectrique Ruban de court-circuit Ruban d’alimentation fente champ H Tous les éléments de la fil-plaque transposés dans un seul plan

20 L’ANTENNE FIL-PLAQUE COPLANAIRE
Rayonnement champ E champ H

21 TECHNIQUES D’OPTIMISATION
Principaux buts : élargissement de bande passante et fonctionnement multi-fréquences Utilisation de substrats permittivité taille gain B.P. x y z O Ajout de fentes Ajout de résonances large bande ou multi-fréquences Imbrication ou multi-couches Regroupement de fonctions dans le volume de l’élément le plus basse fréquence nombreux couplages

22 ANTENNES PLANAIRES EVOLUEES
Antenne double L inversé Antenne E Fil-plaques superposées

23 ANTENNES PLANAIRES EVOLUEES
Double C-patch Fil-plaques imbriquées

24 QUELQUES EXEMPLES

25 QUELQUES EXEMPLES

26 ANTENNE A RESONATEUR DIELECTRIQUE
Volume de matériau diélectrique formant une cavité résonante très fort facteur de qualité bande passante faible Rayonnement difficile à maîtriser

27 L’ANTENNE RUBAN REPLIEE
Plus petit élément résonant possible : résonateur quart d'onde l/4 Fréquence (GHz)

28 RAYONNEMENT CONFORMÉ But : Contrôle du rayonnement par le dimensionnement des trois brins du résonateur pour un diagramme hémisphérique Densité surfacique de courant

29 Utilisation d’un plan de masse limité
RAYONNEMENT CONFORMÉ Pré-étude analytique h l 2 1 h # λ/24 l1 # λ/15 l2 # λ/7 Optimisation FDTD gap de couplage h l 1 2 sonde coaxiale h # λ/50 l1 # λ/13 l2 # λ/6.5 Utilisation d’un plan de masse limité Variation de gain <3 dB  direction

30 intégration - large bande - multi-fréquences - faible pollution EM
EVOLUTIONS DIVERSES Structure sans plan de masse Topologie coplanaire Nombreuses déclinaisons du même principe possibles selon les applications : intégration - large bande - multi-fréquences - faible pollution EM (Brevet international) Monopôle chargé Multi-résonateurs

31 ALLIGATOR : ALL InteGrAted meteRing
PREMIERE APPLICATION Projet européen ALLIGATOR : ALL InteGrAted meteRing Projet européen EURIMUS ayant pour but le développement d'un système de relevé à distance des compteurs d'énergie Conception d'un module radio compact à haut niveau d'intégration et faible coût Rôle de l'IRCOM : étude des antennes intégrées avec minimisation des effets CEM

32 RESULTATS OBTENUS Boîtier en ABS Modélisation fine de toutes les composantes métalliques et diélectriques du boîtier Structure coplanaire : large bande passante (17%) gain moyen élevé (-0.7 dB) PCB FR4 Batteries Champs induits sur le PCB faibles Insensible aux perturbations connecteur SMA Validation par réalisation d’un prototype

33 DEUXIEME APPLICATION LUTECE : Localisation d'Urgence pour TEléphone CEllulaire But : système de localisation permettant le sauvetage de personnes en détresse à partir de l'émission de leur téléphone portable

34 DISPOSITION SOUS L’HELICOPTERE
Antenne émettrice 500 x 500 mm Antennes réceptrices 800 x 800 mm

35 DISPOSITION SOUS L’HELICOPTERE (2)
Réception Émission antenne d'émission directive 5 capteurs de réception à large ouverture

36 ELEMENT DE BASE COMMUN Première bande de 150 MHz (16%)
Seconde bande de 1.4 GHz (62%)

37 Antenne d'émission : 4 éléments
 disposition délicate (compromis GSM/DCS)  très bons résultats en adaptation et rayonnement  rigidité insuffisante Gmax = 13.5 dB Gmax = 13.7 dB

38 AUGMENTATION DE LA RIGIDITÉ
Réseau de quatre éléments Réseau de cinq éléments Nouvel élément de base : substrat diélectrique  compacité supérieure (84x60)  rigidité renforcée  bandes passantes amoindries Bon comportement du réseau de cinq éléments conception d'un circuit de distribution

39 CIRCUIT DE DISTRIBUTION
Circuit bi-bande 1 entrée / 5 sorties en phase avec pondération d’amplitude Optimisation à l’aide du logiciel circuit HP ADS et Momentum

40 REALISATION ET MESURES

41 Utilisation d’un élément de base sur diélectrique
CAPTEURS DE RECEPTION Utilisation d’un élément de base sur diélectrique But : disposition optimale de 5 capteurs indépendants pour une goniométrie précise

42 MISE EN EVIDENCE DES COUPLAGES
Simulations FDTD du couplage entre deux capteurs parallèles à des distances variables Distance importante nécessaire entre les capteurs pour pouvoir négliger le couplage

43 OPTIMISATION DE LA DISPOSITION
 Choix de capteurs proches avec prise en compte des couplages complexes 80 cm Capteur 2 Capteur 1 Capteur 3  Étude de l’influence de la taille du plan de masse sur la goniométrie Capteur 4  Calculs des diagrammes de rayonnement obtenus avec ou sans présence des autres capteurs Capteur 5

44 REALISATION ET MESURES

45 Détection avec une précision du mètre carré en moins de trois minutes.
EXPERIMENTATIONS Détection avec une précision du mètre carré en moins de trois minutes.