sur la face arrière de l’antenne.
Comme énoncé plus tôt, l’antenne patch convient parfaitement dans un scé-nario où la position de la source est connue à l’avance, car son diagramme de rayonnement permet de réduire les pertes liées à l’atténuation dans l’air. Le gain dans les deux bandes fréquences est limité par le choix du substrat faible coût. D’autres topologies d’antennes moins sensibles aux pertes diélectriques du sub-strat permettront d’augmenter les gains. Les prochaines antennes présentées sont des antennes dipôles. Elles permettent de répondre au cas où l’on ne connaît pas à l’avance la position de la source d’énergie.
2.4 Antenne dipôle tri-bande
2.4.1 Dimensionnement et simulation
L’objectif de cette antenne est d’avoir un diagramme de rayonnement quasi-omnidirectionnel, une taille compacte et un fonctionnement sur au moins les bandes 900 MHz et 2,4 GHz. L’antenne dipôle tri-bande, fonctionnant à 900 MHz, 1,8 GHz et 2,4 GHz, est tirée de l’état de l’art. Le point de départ de l’étude est une antenne tri-bande développée par Yuh-Yih Lu et al. [54] dont nous avons réutilisé le motif en l’adaptant notre application. Ainsi nous avons, comme pour l’antenne patch, dimensionné et simulé le fonctionnement de l’antenne sous HFSS. Un léger redimensionnement est effectué pour adapter l’antenne au substrat FR4. L’antenne finalement obtenue est illustrée dans la figure 2.23 et toutes ses dimensions sont référencées dans le tableau 2.4.
Chapitre 2 – Les antennes
Tableau 2.4 – Dimensions de l’antenne tri-bande.
Longueur (mm) Valeurs Largueur (mm) Valeurs L1 43,5 W1 2 L2 23,5 W2 3 L3 31,5 W3 2,5 L4 4 W4 2,5 L5 7 W5 3 L6 9 W6 7 L7 3 W7 18,5 L 109,5 W 20,5 S 2 G 0,5 (a) (b)
FIGURE2.24 – Diagramme de rayonnement de l’antenne dipôle tri-bande simulée sous HFSS à 915 MHz (a) et 2,45 GHz (b).
La simulation nous permet de nouveau d’obtenir les diagrammes de rayon-nement de l’antenne aux fréquences de fonctionrayon-nement compatibles avec le re-dresseur (fig. 2.24). La figure montre que le gain maximal est donc égal à 0,8 dBi à 915 MHz et à 3,7 dBi à 2,45 GHz. Le diagramme de rayonnement correspond au diagramme classique d’une antenne dipôle en forme de "donut". La légère dissymétrie est due au placement du connecteur SMA qui a été modélisé pour
2.4. ANTENNE DIPÔLE TRI-BANDE
cette antenne.
Une version différente de cette antenne est aussi simulée en supprimant la partie fonctionnant à 1,8 GHz. En effet, la caractérisation de l’environnement faite dans le chapitre 1 nous a montré que la bande 1,8 GHz est très utilisée notamment pour les réseaux mobiles. Cependant, le nombre de sources à 1,8 GHz est bien moins important qu’à 2,4 GHz, il est donc difficile d’anticiper la présence d’énergie à cette fréquence dans l’environnement. De plus, même s’il existe un nombre équivalent de sources à 900 MHz et à 1,8 GHz, l’atténuation dans l’air à 1,8 GHz réduit le champ d’action d’une telle source. Les résultats de simulation donnent des caractéristiques semblables voir moins bonnes en termes d’adaptation et de gain que l’antenne tri-bande. Les dimensions totales de l’antenne n’ayant pas changé, il serait donc non pertinent de se priver de la source d’énergie, même faible, que peut représenter la bande 1,8 GHz. En effet, même désadapté avec le redresseur l’antenne transmettra une infime partie de l’énergie collectée au redresseur. Nous ne réaliserons donc pas cette antenne.
2.4.2 Réalisation
La réalisation de l’antenne est effectuée grâce à la méthode de gravure chimique sur un substrat FR4 de 1,6 mm et est visible dans la figure 2.25. Pour mesurer les performances, un connecteur SMA est soudé à l’antenne. Le cœur du connecteur est soudé au niveau du point A alors que la masse est soudée au niveau du point B visible dans la figure 2.23.
FIGURE2.25 – Photo de l’antenne tri-bande réalisée sur FR4.
2.4.3 Mesures et performances
L’antenne est d’abord caractérisée à l’aide de l’analyseur de réseau HP 8720 pour connaître son coefficient de réflexion (fig. 2.26). Un léger décalage en fré-quence est visible sur la bande 2,4 GHz. En effet, la simulation a optimisé l’antenne pour un fonctionnement à la fréquence de 2,45 GHz. Malgrè le décalage, l’antenne réalisée possède un coefficient de réflexion inférieur à -10 dB à cette fréquence.
Chapitre 2 – Les antennes
FIGURE2.26 – Coefficient de réflexion en entrée de l’antenne tri-bande en mesure et en simulation.
Le coefficient de réflexion de l’antenne nous permet d’identifier quatre bandes de fréquence, où elle est adaptée sur l’intervalle 500 MHz - 3 GHz. Autour de 900 MHz et 2,4 GHz, l’antenne est considérée comme adaptée, car le S11 est inférieur à -10 dB. La bande passante est de 87 MHz à 900 MHz et de plus de 400 MHz à 2,4 GHz.L’antenne pourrait aussi être potentiellement utilisée dans la bande 1,4 GHz cependant, à ces fréquences nous n’avons pas identifié des densités de puissance suffisantes. Il n’est donc pas pertinent d’ajouter cette contrainte de conception sur le redresseur.
La mesure du gain de l’antenne est effectuée grâce au banc de mesure décrit dans le section 2.2.3 . Le gain moyen mesuré est de 0,5 dBi à la fréquence de 915 MHz et de 3,4 dBi à 2,44 GHz. Ces gains sont légèrement inférieurs à la simulation, mais restent du même ordre de grandeur. La quasi-omnidirectionnalité du diagramme de rayonnement permet une plus grande facilité de mesure car l’alignement de l’antenne est moins critique.
L’avantage de l’antenne dipôle est que son fonctionnement est pratiquement indépendant du substrat sur lequel elle est reportée. Cela nous permet d’imagi-ner la possibilité de réaliser une antenne capable de mieux s’intégrer dans son environnement. La prochaine partie décrit donc le développement d’une nouvelle antenne dipôle sur des substrats flexibles. Pour la réalisation de cette antenne nous nous focalisons seulement sur les bandes 900 MHz et 2,4 GHz en optimisant le gain notamment sur la bande 900 MHz.