Proposé et dirigé par : - Dr. BENMEDDOUR . F   REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DE M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE SPECIALITE: MICRO-ONDES THEME ALIMENTATION PAR OUVERTURE D’UNE ANTENNE DE FORME CIRCULAIRE Mes dames et messieurs les membres de jury, honorable assistance, السلام عليكم, je vous présente mes travaux de thèse sous la direction du Dr. Fadila BENMEDDOUR dont le thème de : « ALIMENTATION PAR OUVERTURE D’UNE ANTENNE DE FORME CIRCULAIRE « Proposé et dirigé par : - Dr. BENMEDDOUR . F Présenté par : - Abdelkahar AICHE . Année Universitaire : 2012 / 2013

Plan de travail Introduction générale 1 2 Techniques d’alimentation Présentation du logiciel CST 3 Étude de l'effet des paramètres de l'alimentation par ouverture sur une antenne microruban circulaire 4 Constituant d’une introduction générale Suivie par les Technique d’alimentation On présente le logiciel CST Ensuite c’est l’Étude de l'effet des paramètres de l'alimentation par ouverture sur un antenne microruban circulaire Et on termine par la conclusion générale, 6 Conclusion générale

Introduction générale Aujourd’hui les résonateurs microrubans sont implantés dans de nombreux dispositifs électroniques et constituent le type privilégié aux fréquences microondes dans les systèmes de communication intégrés modernes, par ailleurs ils présentent des avantages et des limites des avantages des limites Poids léger, volume et épaisseur réduits Une bande passante étroite Configuration planaire Un gain restraint Faible coût de fabrication et la possibilité de réalisation en grande série Un rayonnement parasite Les antennemicrorubans sont implantés dans de nombreux dispositifs électroniques et constituent le type privilégié aux fréquences microondes dans les systèmes de communication intégrés modernes, par ailleurs ils présentent des avantages et des limites   Une faible puissance peut être surmontée en employant un réseau d’antenne Capable d’opérer à des fréquences élevées Réseaux d’alimentation et d’adaptation fabriqués simultanément avec l’antenne

Alimentation par une ligne microbande (a) axiale Techniques d’alimentation L’excitation de cette structure est possible grâce à l’alimentation par ligne microruban par sonde coaxiale, ou par couplage (par proximité ou en introduisant une ouverture dans le plan de masse. Alimentation par ligne microruban (a) (b) (c) (d) (e) L’excitation de cette structure est possible grâce à l’alimentation par ligne microruban par sonde coaxiale, ou par couplage (par proximité ou en introduisant une ouverture dans le plan de masse. Alimentation par ligne microruban: Le problème avec cette méthode est que l’obtention d’une bonne adaptation peut être difficile et nécessite un circuit d’adaptation. Cette difficulté trouve sa résolution par le choix convenable de la longueur du tronçon de la ligne servant à l’excitation. Alimentation par une ligne microbande (a) axiale (b) décalée (c) axiale avec encoche (d) adapté par ligne quart d’onde (e) couplée par un écart

Alimentation par sonde coaxiale La plaque conductrice Point d’alimentation coaxial substrat Plan de masse Cette méthode d’excitation est la plus utilisée car elle est simple à réaliser, pour les substrats de faibles épaisseurs. L’avantage d’avoir un rayonnement parasite moins important qu’avec une alimentation par ligne microruban est dû à l’absence de contact entre le résonateur et la ligne d’excitation

Alimentation à travers une ouverture dans le plan de masse Plaque conductrice Ligne microruban d’alimentation Plan de masse avec l’ouverture L'avantage de ce type d'alimentation est de minimiser le rayonnement parasite. Cependant l’inconvénient majeur de cette technique est qu’elle présente des difficultés au niveau de la fabrication.

Alimentation par couplage par proximité Plaque conductrice Ligne microruban D’alimentation Les avantages principaux de cette alimentation sont l'élimination du rayonnement parasite et élargissement de bande passante (plus de 13%) et son inconvénient réside dans la difficulté de la mise en œuvre. Plan de masse avec l’ouverture

Présentation du logiciel CST CST MICROWAVE STUDIO est un outil spécialisé pour la simulation et la conception électromagnétique trois dimensions (3D) des composantes hautes fréquences tels que les connecteurs, lignes de transmission, filtres, antennes etc.... Il simplifie le processus de saisie de la structure et la définition des équipements en fournissant une interface graphique de modélisation puissante et solide . Après la modélisation du composant, une procédure de maillage automatique peut être appliquée avant que le moteur de simulation ne soit lancé. Il est basé sur la technique FIT (en anglais : Finite Integration Technique).

Présentation du logiciel CST Barres d'outils Menu principal Arbre de navigation Plane du dessin Menu contextual La fenêtre de paramétre La barre d'état La fenêtre de message Interface graphique de CST MICROWAVE STUDIO

Géométrie de base d’une alimentation par ouverture Étude de l'effet des paramètres de l'alimentation par ouverture sur un antenne microruban circulaire Fonctionnement de l'alimentation par couplage EM via une ouverture Plan de masse avec l’ouverture Plaque rayonnante Ligne microruban d’alimentation Ws d2 d1 Lap Ls Wap a Substrat de l’alimentation Substrat du Patch Géométrie de base d’une alimentation par ouverture Un aspect important dans l’étude des résonateurs microrubans est leur alimentation. Nous avons étudiée des structures avec différentes formes d’ouvertures de antenne circulaires microrubans par le logiciel CST Dans ce type d’alimentation, l'élément rayonnant et la ligne d’alimentation microruban sont séparés par le plan de masse. Le couplage entre les deux est assuré par une fente ou une ouverture dans le plan de masse.

Choix de la forme d'ouverture d’un antenne microruban Comparaison des ouvertures rectangulaires réalisées pour différentes dimensions 5.5 mm 5.5 mm 1.5 mm 1.5 mm 14 mm 14 mm 11 mm 11 mm rect 1 rect 2 rect 3 rect 4 Le but de cette section est de comparer différentes formes d'ouverture pour des antennes circulaires On a utilisé l'Epoxyresin pour les deux substrats (substrat de l’élément rayonnant, substrat de l’alimentation) , Nous avons étudiée quatre structures de résonateurs microrubans avec une plaque rayonnante circulaire de rayon a=20 mm, les deux couches des substrats (substrat de l’élément rayonnant, substrat de l’alimentation) ont une constante diélectrique (Epoxyresin), L’ouverture rectangulaire (11mmx1.5mm) a un faible couplage vu ses dimensions, c'est-à-dire une petite boucle et une faible valeur de la composante résistive. Si on augmente la largeur de l’ouverture de 1.5mm à 5.5mm, ou sa longueur de 11mm à 14mm on remarque que le couplage augmente. Notons que cette augmentation est plus intéressante pour le cas d’une plus longue ouverture (14mm x1.5mm). Impédance d’entrée pour quatre ouvertures rectangulaires pour un résonateur de a=20mm

Ouvertures des structures et leurs dimensions Comparaison des ouvertures rectangulaire, circulaire et annulaire 1.5mm   Annulaire 5.5mm   Circulaire 1.5mm   14mm Rectangulaire Ouvertures des structures et leurs dimensions Impédance d’entrée pour trois ouvertures: rectangulaire, circulaire, annulaire, Ouverture (annulaire) a ap =5.5 mm b ap =3 mm Ouverture (Circulaire) a ap =5.5 mm Ouverture (Rectangulaire) ) L ap =14mm w ap =1. 5mm Nous avons trois structures de antennes microrubans avec une plaque rayonnante circulaire On remarque que les ouvertures : circulaire et annulaire ont un couplage presque identiques et plus grands que celui de l’ouverture rectangulaire. En plus l’ouverture annulaire présente plus de couplage et moins de rayonnement arrière comparée à celui de l’ouverture circulaire de même diamètre extérieur.

Géométrie de base d’une alimentation par ouverture circulaire Simulation par CST de l'effet de la variation du rayon d'une ouverture de forme circulaire a Plaque rayonnante Substrat de la plaque conductrice d2 Plan de masse avec l’ouverture circulaire aap Substrat de l’alimentation Ls Ws Ligne microruban d’alimentation d1 Géométrie de base d’une alimentation par ouverture circulaire Nous avons simulé la structure de la figure de l’antenne microruban de forme circulaire alimenté par une ouverture circulaire, pour différents rayons 𝑎 𝑎𝑝 de l'ouverture, en utilisant le logiciel CST

Nous constatons à partir de la figure; que l'augmentation du rayon de l'ouverture a pour effet d'augmenter le couplage mais en même temps augmente le rayonnement parasite arrière qui est un inconvénient, ce qui nous a donné l'idée d'étudier l'ouverture annulaire dans la section suivante. Impédance d’entrée pour différents rayons aap d'une ouverture circulaire

Simulation par CST de la variation du rayon intérieur bap de l’ouverture annulaire À partir de la figure , on remarque que l'augmentation de bap diminue le rayonnement parasite arrière et le couplage ne change pas. Nous concluons, que l'ouverture annulaire est plus avantageuse que celle circulaire : nous avons obtenu le même couplage en diminuant le rayonnement parasite. Impédance d’entrée pour différentes valeurs du rayon intérieur d'une ouverture annulaire aap=5.5mm

Comparaison de différentes formes de l’ouverture 1.5mm   14mm Rectangulaire 11mm   5.5mm Nœud papillon (Bowtie) 11mm   5.5mm 1.5mm Forme « H » 2.5mm   Annulaire 1.5mm   11mm   5.5mm Sablier (Hour glass) Pour étudier l’effet des différentes formes de l’ouverture, cinq résonateurs ont été étudie en utilisant le logiciel cst Dimensions des ouvertures différentes formes de l’ouverture

forme « H », Sablier (Hour glass) On remarque que les ouvertures élargies aux extrémités (sablier, forme « H » et nœud papillon et annulaire) donnent un meilleur couplage par rapport à la forme rectangulaire. Nous concluons que : les antennes circulaires microrubans, peuvent utiliser plusieurs formes d'ouvertures, mais la meilleure est celle qui donne un couplage maximal tout en réduisant le rayonnement parasite arrière à travers l'ouverture. Impédance d’entrée pour cinq formes d'ouvertures représentée sur l'abaque de Smith, pour un antenne de a=20mm Les formes des ouvertures: rectangulaire, annulaire, nœud papillon (Bowtie), forme « H », Sablier (Hour glass)

Conclusion générale   Nous avons commencé notre travail par présenter les résonateurs microrubans de forme circulaire, les différentes méthodes d'alimentation. Nous avons également cité les avantages et les inconvénients, les principales contraintes imposées à la réalisation de ces structures, leurs alimentations et leurs applications. Une étude de simulation par le logiciel CST a été menée où le but était d’observer l'influence des différents paramètres d'alimentation par couplage à travers une ouverture, dans le plan de masse, sur les caractéristiques de l’antenne microruban. Nous avons constaté que la forme de l’ouverture de couplage a un impact significatif sur le niveau de couplage entre l’alimentation et l'élément rayonnant, ainsi que ses dimensions qui jouent un rôle important pour améliorer le couplage et diminuer le rayonnement arrière de la structure. Nous pouvons utiliser plusieurs formes d'ouverture pour les antennes microrubans de forme circulaire, cependant, les ouvertures élargies aux extrémités donnent un couplage maximum et un rayonnement parasite réduit.

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