Courbes de couverture

3.2.3.1. Antennes de références

Le but de cette section est d'illustrer le critère proposé ci-dessus sur un ensemble de quatre antennes. Celles-ci sont choisies pour leur rayonnement particulier ou parce qu'il s'agit de structures usuelles. L'intérêt est de fournir des courbes de couverture de référence permettant d'étalonner le critère pour l'utiliser ensuite sur des structures quelconques, notamment les antennes miniatures à couverture large présentées dans l'état de l'art. Les antennes sont illustrées à la gure 3.6 et les courbes de couvertures correspondantes sont présentées à la gure 3.8.

Les antennes choisies sont :

 Un dipôle de longueur demi-onde. Il s'agit de l'antenne la plus simple et la plus connue. Elle est donc donnée à titre de référence.

 Une combinaison de deux dipôles demi-onde en croix alimentés en quadrature de phase [51]. Il s'agit d'une antenne simple, bien connue et parmi les structures les plus isotropes. Elle a été présentée dans l'état de l'art du chapitre 2 à la section 2.1.1.

 Une antenne en F inversé (IFA) montée sur un petit plan de masse [60]. Il s'agit d'une antenne miniature très courante sur les terminaux mobiles actuels. Elle a été présentée dans l'état de l'art du chapitre 2 à la section 2.1.4.

3.2. La fonction de couverture  Une antenne imprimée carrée de dimension demi-onde de directivité maximum 7.2 dBi. Il s'agit également d'une antenne courante et bien connue qui présente un lobe directif dans la direction normale au plan de l'antenne. On peut s'attendre à ce que la couverture isotrope d'une antenne directive soit faible. L'intéret est de montrer comment celle-ci est evaluée par notre critère par rapport aux antennes à priori plus isotropes.

O V1 V2 Dipôle demi-onde Dipôles demi-onde en croix alimentés en quadrature

Antenne IFA sur petit plan de masse

Patch carré demi- onde sur petit plan

de masse de directivité 7.2dB ~ z x y x y z x y z

Fig. 3.6.: Schéma des antennes comparées grâce à la fonction de couverture

Pour les deux premières structures, le champ lointain est obtenu à partir d'expressions analytiques. Pour les trois dernières, les champs lointains sont extraits d'un logiciel de simulation électromagnétique 3D [54]. Des plans de coupe caractéristiques du diagramme de rayonnement des antennes sont illustrés à la gure 3.7. Les champs lointains sont ensuite utilisés comme données d'entrée pour calculer les couvertures des antennes. Ils sont préalablement normalisés de sorte que l'on ne prend pas en compte l'ecacité des antennes et les pertes d'insertion mais uniquement la forme propre du diagramme de rayonnement des antennes.

3. Caractérisation de la couverture isotrope 10 5 0 −5 −10 −15 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Dipôle demi−onde

Deux dipôles en croix alimentés en quadrature de phase Antenne IFA

Patchs polarisés linéairement

Fig. 3.7.: Diagrammes de directivité typiques correspondant aux quatre antennes testées (gure 3.6) selon les plans XOZ.

3.2.3.2. Courbes de couverture

Les courbes représentant les couvertures des antennes sont présentées sur le graphique 3.8. Il s'agit des couvertures dans le cas d'une illumination par une onde incidente à polarisation rectiligne.

La proportion de couverture est représentée en fonction de la puissance de seuil Pr reçue.

Les puissances sont normalisées par rapport à la puissance reçue par une antenne isotrope

idéale Piso. (Eq. (3.17)) . Les courbes sont toujours monotones et décroissantes entre 100%

de couverture pour une puissance nulle et 0% pour une puissance normalisée supérieure à la directivité maximum de l'antenne.

3.2. La fonction de couverture −300 −25 −20 −15 −10 −5 0 5 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Puissance reçue P r/Piso (dBi)

Couverture telle que P

r

/P

iso

> abscisse (%)

Dipole demi−onde

Deux dipôles en croix alimentés en quadrature Antenne IFA

Patch à polarisation linéaire

Source Isotrope Idéale

(SII)

Fig. 3.8.: Courbes de couverture calculées pour quatre antennes de référence illuminées par une onde incidente à polarisation rectiligne.

On commente succinctement les courbes de chaque antenne, les courbes des antennes présentes dans l'état de l'art seront commentées plus en détail à la section 3.6.3. :

Source isotrope idéale : Une antenne parfaitement isotrope en puissance et adaptée à tous les états de polarisation présente une couverture de 100% pour une puissance reçue inférieure à 0 dBi et de 0% au delà.

Dipôle demi-onde : Il est présenté an de servir de référence car il s'agit d'une antenne couramment utilisée dont le rayonnement de type omnidirectionnel est bien connu. Pour une couverture de 90%, le dipôle reçoit presque 10 dB de moins que la combi- naison de dipôles en croix.

Dipôles en croix alimentés en quadrature de phase : Il s'agit de la meilleure struc- ture en terme de couverture parmi les 4 antennes et plus généralement la meilleure antenne de l'état de l'art comme on le verra à la section 3.6.3.

Antenne IFA sur petit plan de masse : Elle obtient la 3e meilleure couverture derrière les dipôles en croix. Pour une couverture de 90%, la puissance reçue est inférieure de 3 dB à ceux-ci. L'antenne IFA est présentée comme exemple ici car il s'agit d'un type de structure couramment utilise pour la communication sans l. Elle sera plus amplement détaillée au chapitre 2.

Antenne imprimée carrée polarisée rectilignement : Cette antenne imprimée est car-

rée de coté λg/2. Elle est imprimée sur un substrat FR4 d'épaisseur 0.8 mm. Sa

directivité maximum est de 7.2 dBi et l'ouverture à -3dB de son lobe principal est de 80 dans le plan E et de 75 dans le plan H. Étant l'antenne la plus directive du corpus, elle possède logiquement la moins bonne couverture. Il est à noter que sa courbe de couverture est celle qui décroît le plus lentement et qu'elle atteint 0%

lorsque Pr0 atteint 7.2dB, c'est à dire la directivité maximum de l'antenne impri-

3. Caractérisation de la couverture isotrope

n'y a alors plus de direction de l'espace vers laquelle une puissance supérieure serait susceptible d'être reçue.