Amélioration de l’isolation par ségrégation spatiale

Un nouveau réseau de 63 éléments est réalisé (soit 4 éléments de plus que

précédemment). Ce nombre est choisi car il permet de réaliser un réseau de forme

rectangulaire de 7 x 9 éléments à maille triangulaire, tout en restant proche des 57 éléments

du réseau précédent. La forme de ce nouveau réseau d’antennes, présenté sur la Figure 127,

va nous permettre de séparer les éléments excités de chaque SPOT. La contrepartie de cette

approche sera une sous-utilisation de l’ouverture effective totale pour former un seul SPOT.

III.5.3.1. Configuration à 6 éléments par SPOT

Pour une première configuration à six éléments excités par SPOT illustrée sur la Figure

128, les performances obtenues sont présentées dans le Tableau 25. La contrainte sur

l’adaptation active reste fixée à -10 dB. Pour des niveaux d’isolation de -10 dBW et -12 dBW

entre les SPOTs, les performances obtenues dans cette configuration sont inférieures à celle

de la configuration précédente (réseau de 57 éléments, 6 éléments excités par SPOT)

présentée dans le Tableau 24. A partir d’une isolation de -14 dBW, les performances sont

améliorées par la ségrégation spatiale des SPOTs. Les performances en termes de gain

demeurent stables jusqu’à une isolation de -17 dBW. Il est possible de réaliser une synthèse

avec une contrainte d’isolation à -19 dBW, bien que les performances décroissent fortement,

ce qui était impossible précédemment. L’observation des ondes incidentes sur chaque port

montre que pour chaque SPOT, la surface utile à la formation de faisceau est supérieure à la

moitié de la surface du réseau. La Figure 129 présente l’intensité des ondes couplées sur

chaque port pour une isolation à -14 dBW. Il est clairement visible que les charges réactives,

qui sont optimisées sur une valeur commune pour satisfaire simultanément les objectifs et

contraintes des deux SPOTS, remplissent leur rôle.

Figure 128 : éléments excités du SPOT 1 (rouge) et 2 (jaune) pour 2 SPOTs de 6 éléments

excités

Isolation (dBW) Directivité

SPOT 1 (dBi)

Directivité

SPOT 2 (dBi)

Gain SPOT 1

(dB)

Gain SPOT 1

(dB)

-10 15,1 15,4 13,6 13,6

-12 15,4 15,5 13,9 13,9

-14 15,3 14,8 13,5 13,5

-17 14,8 14,9 13,3 13,3

-19 12,2 12,5 11,1 11,1

Tableau 25 : performances atteintes pour un rayonnement double faisceau avec des éléments excités spatialement ségrégués par SPOT (6 éléments excités).

x

y

Figure 129 : intensité des ondes couplées sur chaque port pour 6 éléments excités par

SPOT et une isolation de -14 dBW. L’excitation du SPOT1 est présenté à gauche et celle du

SPOT 2 à droite.

III.5.3.2. Configuration à 4 éléments par SPOT

Ces performances peuvent être encore améliorées en réduisant à 4 le nombre

d’éléments excités par SPOT. La configuration proposée est illustrée sur la Figure 130. Les

performances obtenues sont détaillées dans le Tableau 26. Celles-ci apparaissent stables,

quelle que soit la contrainte d’isolation (dans la limite de -19 dBW). L’amélioration de l’isolation

ne semble être que partiellement due à la diminution « naturelle » des couplages en raison du

nombre plus faible d’éléments excités. La Figure 131 montre que les couplages sont encore

étalés sur une grande partie du réseau, ce qui permet de réaliser une bonne formation de

faisceau, en profitant de plus de la moitié de la surface rayonnante du panneau. Par exemple,

pour une excitation du SPOT 1, les éléments 32, 51 ou encore 62 présentent un couplage de

l’ordre de -14 dBW, ce qui est une valeur similaire aux couplages constatés pour 6 éléments

excités par SPOT sur la Figure 129. Cette amélioration du couplage est principalement due à

une meilleure isolation intrinsèque des éléments excités, grâce à leur position éloignée des

éléments excités du SPOT opposé.

Figure 130 : éléments excités du SPOT 1 (rouge) et 2 (jaune) pour 2 SPOTs formés de 4

x

y

x

y

Isolation (dBW) Directivité

SPOT 1 (dBi)

Directivité

SPOT 2 (dBi)

Gain SPOT 1

(dB)

Gain SPOT 1

(dB)

-10 16,3 15,9 14,3 14,3

-12 15,4 15,4 13,6 13,6

-14 15,4 15,4 13,7 13,7

-17 15,1 15,0 13,6 16.3

-19 15,3 15,2 13,6 13,6

Tableau 26 : performances atteintes pour un rayonnement double faisceau avec des éléments excités spatialement ségrégués par SPOT (4 éléments excités).

Figure 131 : intensité des ondes incidentes sur chaque port pour 4 éléments excités par

SPOT et une isolation de -14 dBW. L’excitation du SPOT1 est présentée à gauche et celle

du SPOT 2 à droite.

III.5.3.3. Comparaison avec un demi-réseau

Afin de comparer l’architecture proposée ci-dessus avec une solution basée sur deux

antennes pour garantir une bonne isolation entre les faisceaux, un « demi-réseau » est

proposé ici. Il est constitué de 35 éléments, soit un peu plus de la moitié des 63 éléments du

réseau précédent. Ce nombre de 35 éléments est choisi car il permet d’obtenir une surface

rayonnante se rapprochant de la moitié de la surface rayonnante du réseau de 63 éléments,

tout en garantissant qu’aucun élément excité ne soit en périphérie du réseau.

Pour que la comparaison soit pertinente, deux synthèses sont réalisées, la première

avec 4 éléments excités et la seconde avec 6 éléments excités. Les distributions d’éléments

excités sont identiques à celles de la partie précédente (Figure 132).

Figure 132 : "demi-réseau" de 35 éléments en bande Ku, distributions de 4 éléments excités

(rouge) et de 6 éléments excités (jaune)

L’objectif de rayonnement est fixé dans la direction θ

0

= 30° ; ϕ

0

= 0° et l’adaptation

active à -10 dB. Le Tableau 27 présente les performances obtenues. Les performances

obtenues restent similaires à celles précédemment obtenues et présentées dans les Tableau

25 et Tableau 26. En particulier, dans le cas d’une configuration à 4 éléments excités, les

performances d’un « demi-réseau » sont proches de celles d’un réseau identique avec une

isolation entre SPOT de -19 dBW. Cet exemple montre donc que l’utilisation d’un unique

réseau comprenant deux SPOTs est pertinente pour une application à double faisceau. Nous

verrons dans le dernier chapitre qu’il est possible de pousser ce concept plus loin afin de

générer une meilleure isolation dans des cas plus généraux.

Nombre d’éléments

excités

Directivité obtenue

(dBi)

Gain réalisé obtenu

(dB)

4 15,0 13,5

6 14,8 13,6

Tableau 27 : performances d'un "demi-réseau" de 35 éléments

Dans le document Études de nouvelles architectures d’antennes hybrides reconfigurables (Page 152-156)