Comme pour le capteur électrique, la demi-boucle bibande doit couvrir les bandesAetBavec une impédance d’entrée de 50Ω. Sa conception est divisée en trois étapes :
− la conception d’une demi-boucleB, couvrant la bandeB;
− la conception d’une demi-boucleA, couvrant la bandeA;
− la combinaison des demi-boulesAetBdans une structure commune.
Dans toutes ses étapes de conception, le substrat utilisé est du ROGERS 4003C d’une épaisseur de 1.524mm, avecεr =3.55 ettanδ=0.0027.
Etape 1 : Conception d’une demi-boucle B
La première étape consiste à concevoir une demi-boucle monobande, appelée demi-boucle B, couvrant la bande [890MHz-960MHz]. La figure IV.19 illustre cette antenne.
FigureIV.19 – Demi-boucleBmonobande.
Le principe d’excitation est le même que celui utilisé pour les capteurs magnétiques présentés dans le chapitre III. On retrouve deux excitations en opposition de phase à chaque extrémité de la demi-boucle. Deux effets capacitifs sont utilisés : une capacité de couplageCcpermettant l’adaptation d’impédance et une capacité d’accordCafixant, pour une longueur de demi-boucle donnée, la fréquence de résonance.Ccest réalisée directement par l’intermédiaire d’un conden-sateur céramique d’une valeur de 3pF tandis queCa est créée par couplage entre la base de la
Conception des capteurs bibandes 117
demi-boucle et le support métallique. Ces capacités sont fixées de manière empirique à l’aide d’outils de simulations EM. La figure IV.20 et le tableau IV.4 donnent les dimensions de la demi-boucleB.
(a) Vue de côté (b) Vue de face
FigureIV.20 – Demi-boucle B couvrant la bande [890MHz-960MHz]
a 1.524mm c 2mm e 3.4mm g 0.5mm i 0.5mm k 0.5mm
b 20mm d 10.7mm f 10mm h 21.4mm j 0.5mm l 60mm
TableIV.4 – Dimensions de la demi-boucle B couvrant la bande [890MHz-960MHz]
Contrairement aux capteurs magnétiques précédents, les structures rayonnantes sont volu-miques et non plus planaires. Cette approche mécanique permet d’obtenir un degré de liberté supplémentaire pour ajuster la fréquence de résonance de la demi-boucle, en augmentant ou en diminuant la self équivalente par l’intermédiaire de la largeurW(cf. figure IV.19).
La figure IV.21 montre le coefficient de réflexion S11 obtenu sur l’un des accès de la demi-boucleBtandis que le second est chargé sur 50Ω. La structure étant symétrique, on retrouve les mêmes caractéristiques sur les deux accès. On constate que la demi-boucle Bcouvre la bande de fréquences spécifiée avec une bande de [815MHz-1035MHz] (Δf/f0 =23%).
FigureIV.21 – Coefficient de réflexion S11de la demi-boucleBavec le gabarit spécifié (gris).
Etape 2 : Conception d’une demi-boucle A
La seconde étape de la conception du capteur magnétique bibande, consiste à concevoir une demi-boucle, appelée demi-boucleA, couvrant cette fois-ci la bande [1710MHz-1880MHz]. Le principe de conception est identique à celui de la demi-boucleBfournissant ainsi une structure rayonnante similaire. La figure IV.22 illustre la structure de la demi-boucleA.
FigureIV.22 – Demi-boucleAmonobande.
Contrairement à la demi-boucleB, une capacité est positionnée au centre de la structure rayon-nante, notéeCf, d’une valeur de 0.9pF. L’intérêt principal de cette capacité n’apparaît que dans la troisième étape de conception qui consiste à regrouper les demi-bouclesAetB. Néanmoins, elle doit être prise en compte dans cette étape car elle contribue à la résonance de la structure en réduisant la longueur électrique. En vue de combiner les demi-bouclesAetB, les mêmes effets capacitifsCa etCc sont appliqués. La figure IV.23 et le tableau IV.5 donnent les dimensions de la demi-boucleA.
Conception des capteurs bibandes 119
(a) Vue de côté (b) Vue de face
FigureIV.23 – Dimensions de la demi-boucle A couvrant la bande [1710MHz-1880MHz]
a 1.524mm c 3.7mm e 2mm g 0.5mm i 0.5mm k 0.5mm m 2.4mm
b 20mm d 8.5mm f 8mm h 17mm j 0.5mm l 60mm
TableIV.5 – Demi-boucle A couvrant la bande [1710MHz-1880MHz]
La figure IV.24 donne le coefficient de réflexion S11 simulé à l’entrée de la demi-boucleA.
FigureIV.24 – Coefficient de réflexion S11de la demi-boucleAavec le gabarit spécifié (gris).
Pour un coefficient de réflexion S11 inférieur à -10dB, on note une bande passante Δf = 325MHz (Δf/f0= 19%), couvrant la plage de fréquence [1560MHz-1885MHz].
Etape 3 : Combinaison des demi-boucle A et B
Cette dernière étape consiste à imbriquer les deux demi-boucles monobandes, Aet B, pour ne former plus qu’une seule structure rayonnante bibande. La figure IV.25 illustre le résultat de cette combinaison.
FigureIV.25 – Capteur magnétique UHF bibande.
La capacitéCf, positionnée au centre de la demi-boucleA, permet de découpler les deux modes résonnants propres à chacune des deux demi-boucles. La figure IV.26 montre le découplage des deux modes résonnants en affichant la distribution des courants surfaciques dans les bandesA etB.
On observe bien le découplage des deux modes résonnants. Dans la bandeA(cf. figure IV.26d à IV.26f), la demi-boucle A résonne avec un courant relativement uniforme tout le long de la structure. Cette répartition de courant correspond au mode fondamental d’une demi-boucle. On remarque cependant des courants induits par couplage sur la demi-boucleB. Ces courants para-sites, présents sur les bords de la structure basse fréquence (cf. figure IV.27), sont en opposition de phase avec les courants traversant la demi-boucleA. Ainsi, ils créent des interférences des-tructives avec le champ rayonné. L’affaiblissement du rayonnement provoqué ces interférences sera quantifié dans la suite de l’étude.
Dans la bandeB(cf. figure IV.26a à IV.26e), le courant relativement uniforme circule seulement sur la demi-boucles B faisant ainsi rayonner le mode fondamental. On retrouve un couplage entre les deux structures. Cependant, la demi-boucleAétant imbriquée dans la demi-boucleB, ces courants induits ne contribuent pas au rayonnement en champ lointain.
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(a) f=890MHz (b) f=925MHz
(c) f=960MHz (d) f=1710MHz
(e) f=1795MHz (f) f=1880MHz
FigureIV.26 – Distribution des courants surfaciques sur la demi-boucle bibande dans les bandes AetB.
FigureIV.27 – Courants induits sur la demi-boucleBen bandeA.