Prédiction de l’impédance d’entrée d’une antenne BIE ou à cavité Fabry Pérot Thai-Hung VU, Anne-Claude TAROT Sylvain COLLARDEY, Kouroch MAHDJOUBI IETR, UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1

Antenne à BIE Forte directivité Adaptation Reconfigurabilité Constituées d’un plan réflecteur (PEC, PMC…) et d’une ou plusieurs couches de matériau à B.I.E. Assimilées à une cavité Fabry Pérot Source primaire placée à l’intérieur de la cavité Forte directivité Reconfigurabilité Compacité et légèreté Adaptation Bande passante limitée

Motivation Etude des Antennes à Bande Interdite Electromagnetique (B.I.E)  Antennes directives compactes Caractéristiques de rayonnement connues et faciles à obtenir. Impédance de la source change drastiquement quand on la mis dans la cavité.  Impédance d'entrée obtenue seulement par des simulations numériques parfois assez lourdes en terme de mémoire et de temps de calcul. Objectifs Chercher une méthode (semi) analytique permettant de prévoir l’impédance d’entrée des antennes à BIE planaires. Mieux comprendre la phénomène physique au champs proche et plus Adaptation de l’antenne à BIE

Sommaire Présentation de la méthode II. Génération de la méthode Excitation à l’intérieur par une onde plane Formule analytique\ Comparaison FDTD II. Génération de la méthode Onde cylindrique Onde sphérique Antenne réelle : Dipôle simple III. Retours aux cas onde plane et cylindrique Calcul de champs E et H par FDTD pour une source seule Comparaison champs théorique/champs calculé IV. Conclusions et Perspectives

1. Présentation de la méthode Cavité excitée par une source d’onde plane à l’intérieur (r1 ; t1) (r2 ; t2) D1 D2 Impédance vue par la source Méthode de réflexions successives Onde d’incidence en haute Onde d’incidence en bas

Validation SSRs à pistes métalliques, a/Pt=40%; Pt=40mm; D1=D2=30mm; r1=r2

2. Génération de la méthode pour une onde quelconque Cavité excitée par une source d’onde cylindrique à l’intérieur Onde incidente (cylindrique) H0(2) Ondes transmise et réfléchie centrées resp. sur source et image Ondes transmise et réfléchie sont cylindriques SSR t= 50 ps arrivant sur la SSR t= 100 ps t= 150 ps t= 200 ps t= 250 ps Image Source Onde réfléchie Onde transmise La simulation électromagnétique confirme que : L’onde transmise est aussi cylindrique : son centre est le même que celui de la source primaire. L’onde réfléchie est aussi cylindrique : le centre est l’image de la source primaire par rapport à la SSR.

) ( H » ) ( H E » Impédance d’entrée d’une source d’onde cylindrique Champs proches à l’intérieur de la cavité : Superposition des images SSR1 SSR2 source D1 D2 D image / SSR2 image / SSR1 Impédance au point de la source Champs crées par une source d’onde cylindrique ) ( 2 1 kr H » ) ( 2 kr H E » r1 et r2 sont respectivement les coefficients de réflexion de SSR1 et SSR2.

Validation Comparaison FDTD/Analytique  Z est convergée Convergence de Z en fonction du nombre d’images N=1 N=3 N=10 N=23 N=50 N=100 Ondulation est d’origine de la finitude de la cavité SSR1 SSR2 source D1 D2 D  Z est convergée SSR à pistes métalliques, a/Pt=40%; Pt=40mm; D1=D2=30mm

Avec Impédance d’entrée d’une source d’onde sphérique Onde « sphérique » est crée par un dipôle court Impédance Avec Comparaison FDTD/Analytique Partie réelle Partie imaginaire

Impédance d’entrée d’une source réelle Question ? A partir de champs crée par une antenne quelconque, peut on prévoir l’impédance de l’antenne quand on la mis dans la cavité ? (méthode semi- analytique) Cas dipôle /2 Champs E et H crée par dipôle : Obtenu de la méthode FDTD (23 images)  Différence entre prédiction et FDTD

 Retours au onde plane et onde cylindrique Explication… Question ? Champs E et H issus de la source seule sont bien calculé en FDTD ?  Retours au onde plane et onde cylindrique Comparaison le champs crée par une source d’onde plane/cylindrique en FDTD et Analytique Calculer Znormalisé (r), qui est indépendante de l’excitation Source onde plane Source onde cylindrique E(r): champs E à distance r par rapport à la source H(O): champs H au point de la source Comparaison le rapport Avec N=48 points d’observation

Source onde plane Source onde cylindrique Résultat sur Z (N=23 images)  Différences  Bon accord

Résultat sur Z (N=23 images) Source onde sphérique 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 22 22.5 23 23.5 24 FREQUENCE (GHZ) Ohm -10000 -8000 -6000 -4000 -2000

IV. Conclusions & Perspectives Développement d’une formule analytique pour la conception d’une SSR combinée Élargissement de la bande passante d’une Antenne à BIE en utilisant une SSR combinée. Conclusions Perspectives Phase Φ (f)=φPMC+φSSRcombinée F(f)=2kD freq fres Surface combinée > 2 couches Association d’une SSR combinée et d’un conducteur magnétique artificiel (CMA) pour élargir davantage la bande passante et réduire la taille de l’antenne à BIE. Méthode d’optimisation des SSRs combinées avec plusieurs critères : bande passante, directivité, …

Prédiction de l’impédance d’entrée d’une antenne BIE ou à cavité Fabry Pérot Thai-Hung VU, Anne-Claude TAROT Sylvain COLLARDEY, Kouroch MAHDJOUBI Merci de votre attention ! IETR, UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1