Antennes-BIE à surface combinée

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1 Antennes-BIE à surface combinée
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

2 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
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 I. Rappels Amplitude Phase
Développement d’une formule analytique pour décrire la surface combinée Source ponctuelle d R Onde plane incidente SSR1b (r’’1 ; t’’1) SSR1a (r’1 ; t’1) SSR1(r1 ; t1) D D2 SSR2(r2 ; t2) Amplitude Phase Coefficient de réflexion -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle SSR1a : a/Pt=20%, Pt=10mm, SSR1b : a/Pt=5%, Pt=20mm, d = mm Exemple d’une surface combinée

4 I. Rappels sur la SSR combinée
Influence sur l’Impédance (étude analytique) Antenne à BIE classique Antenne à BIE avec SSR combinée ( Avec les mêmes directivités) SSR1a (r’1 ; t’1) SSR1 (r1 ; t1) SSR1b (r"1 ; t"1) SSR2 = PEC SSR2 = PEC Comparaison Antenne à BIE classique à SSR combinée Plus large bande

5 I. Rappels sur la SSR combinée
Influence sur le diagramme de rayonnement (étude analytique) Antenne à BIE classique Antenne à BIE avec SSR combinée ( Avec les mêmes directivités) SSR1a (r’’1 ; t’’1) SSR1 (r1 ; t1) SSR1b (r’1 ; t’1) SSR2 = PEC SSR2 = PEC Comparaison Antenne à BIE classique / SSR combinée (a) F= 2,305 GHz (b) F= 2,344 GHz (c) Fres= 2,383 GHz (d) F= 2,422 GHz Plus large bande

6 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
I. Rappel Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple Fcavité = Fpatch = 2.45 GHz Fcavité = 2.45 GHz, Fpatch = 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 II. Excitation par antenne Patch simple
Validation avec une source réelle (patch) Patch seul (à F0 = 2,45 GHz)  Lpatch = 36,5 mm ROGERS RT : h=3,175 mm er = 2,33 BP 30 MHz -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle

8 II. Excitation par antenne Patch simple
Patch & SSR combinée (à F0 = 2,45 GHz ) Patch & SSR simple (à F0 = 2,45 GHz ): a2=5,6mm – Pt2=40 mm a=13mm – Pt=40 mm a1=21,6mm – Pt1=40 mm BP 30 MHz BP 25 MHz -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle  Redimensionner un patch à 2,55 GHz

9 II. Excitation par antenne Patch simple
Patch seul à F0 = 2,55 GHz  Lpatch = 36 mm BP 76 MHz -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle

10 II. Excitation par antenne Patch simple
Patch & SSR combinée (à F0 = 2,45 GHz ) Patch & SSR simple (à F0 = 2,45 GHz ): -> Même réflectivité à 2.45 GHz BP 55 MHz BP 40 MHz -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle Résonance du patch seul Résonance du patch seul

11 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
I. Rappel Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple Fcavité = Fpatch = 2.45 GHz Fcavité = 2.45 GHz, Fpatch = 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 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée
Etude sur la Variété de la configuration 4 Configurations Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4

13 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée
Effets sur L’impédance Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4

14 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée
Effets sur le diagrammes de rayonnement Plan E Polarisation principale à 2,45 GHz Polarisation croisée à 2,45 GHz Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4

15 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée
Effets sur le diagrammes de rayonnement Plan H Polarisation principale à 2,45 GHz Polarisation croisée à 2,45 GHz Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4

16 III. Positions relatives de l’antenne Patch par rapport à la surface combinée
DIRECTIVITE GAIN Modèle 1 Modèle 2 Modèle 3 Modèle 4 Modèle 3 le plus favorable

17 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
I. Rappel Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple Fcavité = Fpatch = 2.45 GHz Fcavité = 2.45 GHz, Fpatch = 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 Diagrammes de rayonnement
IV. Configuration optimale de la position Diagrammes de rayonnement Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz

19 IV. Configuration optimale de la position
Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz

20 IV. Configuration optimale de la position
Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz

21 IV. Configuration optimale de la position
Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz

22 IV. Configuration optimale de la position
Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

23 IV. Configuration optimale de la position
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

24 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR F = 2,3 GHz

25 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz

26 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz

27 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz

28 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

29 IV. Configuration optimale de la position
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

30 Résonance du patch seul
IV. Configuration optimale de la position Patch & SSR combinée (à F0 = 2,45 GHz ) Patch & SSR simple (à F0 = 2,45 GHz ): Résonance du patch seul BP 40 MHz 55 MHz -Nous introduisons une modèle analytique pour décrire la surface combinée et expliquer les comportements des surfaces combinées  permettre de synthétiser une surface combinée… -Autre aspect intéressent : Si |r1’|<|r1’’|, On a une surface magnétique artificielle

31 IV. Configuration optimale de la position
Patch & simple SSR Patch & SSR combinée F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

32 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
I. Rappel Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple Fcavité = Fpatch = 2.45 GHz Fcavité = 2.45 GHz, Fpatch = 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 Méthode d’optimisation mise en œuvre : Algo génétique
V. Retour sur la méthode d’optimisation Méthode d’optimisation mise en œuvre : Algo génétique CONST : Pt1, Pt2, Rmin, f0 , Df  f1= f0- Df, f2= f0+ Df, D2 D (r2,t2) (r1,t1) PEC VAR a1, a2 φ1 φ0 φ2 Φ (f)=φr1+φr2 Phase f f0 f2 f1 α F(f)=2kD (r1, t1), (r2, t2), D2 varier D2 Non Rcomb = f (r1, t1, r2, t2, D2) centré sur f0 ? sur la phase de Rcomb Oui fo de coût F Hauteur de la cavité T f f0 f2 f1 T0 T1 sur le coeff. de Transmission fo de coût F minimale ? a1, a2, d, D Condition de résonance (mode de fonctionnement de la cavité) : p + φRcomb=2kD

34 V. Retour sur la méthode d’optimisation
fonction de coût : phase du coefficient de réflexion Rcomb Rmax Rmin DF Pt1 Pt2 a1 a2 D D1 D2 0.85 10% 40 20.13 6.14 59 48.82 51.6 20 6.7 0.75 51.8 0.95 25.2 7.1 60.1 53.1 fonction de coût en fonction du coefficient de transmission Rmax Rmin DF Pt1 Pt2 a1 a2 D D1 D2 0.85 10% 40 20 0.952 0.95 28.1 12.7 60.5 50.18 55.9 11.56 2.63 61.5 55.8

35 Coefficient de Transmission (analytique)
V. Retour sur la méthode d’optimisation Patch & SSR simple Patch & SSR combinée Même |R|=0.95 à 2.45 GHz a2= Pt2=40mm a =17mm – Pt = 40 mm a1=28.1mm - Pt1=40mm Coefficient de Transmission (analytique) Directivité (analytique)

36 V. Retour sur la méthode d’optimisation
Patch & SSR simple (à F0 = 2,45 GHz ) Patch & SSR combinée (à F0 = 2,45 GHz ) F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

37 Sommaire II. Excitation par antenne Patch simple
I. Rappel Principe d’élargissement de la bande par surface combinée II. Excitation par antenne Patch simple Fcavité = Fpatch = 2.45 GHz Fcavité = 2.45 GHz, Fpatch = 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 Conclusions Perspectives VI. Conclusions et Perspectives
1°- Excitation de la cavité par source réelle (patch) au lieu de source idéale 2°- Quatre configurations d’excitation sont examinées : cas optimal, modèle 3 3°- Comparaison : Patch + SSR combinée est plus large bande en diagramme et directivité mais pas forcément en impédance ! 4°- Développement d’un algorithme d’optimisation (algo génétique) avec 2 fonctions de coût différentes Perspectives 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

39 Conclusions VI. Conclusions et Perspectives
1° Configurations excitées par patch : Configuration optimale: Modèle 3

40 VI. Conclusions et Perspectives
2°- Patch + SSR combinée est plus large bande en diagramme et directivité Patch & simple SSR Patch & SSR combinée Mais pas forcément en impédance (excitation par source réelle) ! BP 55 MHz BP 40 MHz

41 V. Retour sur la méthode d’optimisation
Patch & SSR combinée (à F0 = 2,45 GHz ) F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

42 V. Retour sur la méthode d’optimisation
Patch & SSR simple (à F0 = 2,45 GHz ): F = 2,3 GHz F = 2,35 GHz F = 2,4 GHz F = 2,45 GHz F = 2,5 GHz

43 IV. Configuration optimale de la position
Directivité SSR combinée SSR simple