Etude de la position du deuxième court-circuit

Cette étude met en évidence l’influence de la position du second court-circuit que nous avons inséré dans l’élément parasite afin d’avoir le dépointage simultané dans les deux plans pour une configuration donnée. L’objectif fixé est de réduire le nombre de configuration de 6 à 3 et d’avoir la reconfiguration du diagramme de rayonnement tout en conservant les performances en termes de la bande passante et de gain de l’antenne. Pour cela, deux cas d’études ont été faites sur chacun des deux courts-circuits S3 et S4 du plan xoz (phi=0°) lorsque le court-circuit S1 dans le plan yoz (phi= 90°) est maintenu fixe.

IV. 2. 3. 1 Configuration de l’antenne pour couvrir les directions (+x, +y)

Le premier cas consiste à maintenir les courts-circuits S1 et S4 dans la structure comme illustrée Figure 3.37. Cette configuration devrait permettre d’avoir un faisceau qui pointe dans le demi-plan yoz (phi=90°) positif lorsque le port 1 est excité et le port 2 chargé à 50 Ω, et dans le demi-plan xoz (phi=0°) positif lorsque le port 2 est excité et le port 1 chargé à 50 Ω.

Les résultats de simulation des coefficients de réflexion et d’isolation entre les deux ports et ceux des diagrammes de rayonnement sont présentés (Figures 3.38-3.39).

Chapitre 3 : Etude et conception d’une antenne patch

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Figure 3. 37 : Structure de l’antenne pour couvrir les directions (+x,+y) avec les courts-circuits (S1 et S4)

Figure 3. 38: Paramètres S de la structure de l’antenne avec deux courts-circuits : S1 et S4

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Figure 3. 39 : Diagrammes de rayonnement de la structure à la fréquence 26GHz avec deux courts-circuits S1 et S4 :(a) lorsque le port 1 est excité dans le plan phi=90° et (b)

le port 2 excité dans le plan phi=0°

Nous remarquons que les deux coefficients de réflexion ne sont pas identiques et de plus, les fréquences de résonance se sont décalées un peu vers les hautes fréquences. La couverture de la bande passante autour de 26GHz n’est pas trop appréciée (Figure 3.38). Le niveau d’isolation dans cette configuration est faible (environ 6dB). La commutation des diagrammes présente un gain maximum 4,3dBi à +40° dans le plan yoz (phi=90°) lorsque le port 1 est excité et 4,4dBi à +38° dans le plan xoz (phi=0°) lorsque le port 2 est excité. Le niveau de la polarisation croisée des deux états dans cette configuration est également assez élevé (Figure 3.39). Cette configuration présente peu d’avantages sur la commutation des diagrammes de rayonnements et également présente d’énormes inconvénients sur la bande passante et sur l’efficacité. Ce qui nous pousse à aller vers l’étude du deuxième cas d’antenne avec deux courts-circuits.

IV. 2. 3. 2 Configuration de l’antenne pour couvrir les directions (+x, -y)

Dans ce deuxième cas, la structure présentée sur la Figure 3.40 est court-circuitée par S1 pour obtenir le dépointage du faisceau dans le demi-plan yoz (phi=90°) positif si le port 1 est excité et par S3 pour commuter le diagramme de rayonnement dans le demi-plan négatif xoz (phi=0°) lorsque le port 2 est excité. Les résultats de simulation des paramètres S et des diagrammes de cette configuration sont présentés (Figures 3.41-3.42).

Chapitre 3 : Etude et conception d’une antenne patch

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Figure 3. 40: Structure de l’antenne pour couvrir les directions (+x, -y) avec les courts-circuits (S1 et S3)

Figure 3. 41: Paramètres S de la structure de l’antenne avec deux courts-circuits : S1 et S3

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Figure 3. 42 : Diagrammes de rayonnement de la structure à la fréquence 26GHz avec deux courts-circuits S1 et S3 : (a) lorsque le port 1 est excité dans le plan phi=90° et (b)

le port 2 excité dans le plan phi=0°

Les coefficients de reflexion |S11|dB et |S22|dB presentent une symétrie parfaite avec une bonne adaptation de -22dB à la fréquence de résonance de 26,1GHz. Une bande passante de 1,3GHz allant de 25,4 à 26,7GHz inférieure à -10dB a été obtenue. Nous pouvons remarquer que le couplage mutuel entre le port 1 et le port 2 reste un peu élevé avec un maximum sur la bande de couverture de -8dB (Figure 3.41). Les diagrammes de rayonnement obtenus en simulation sont tracés pour chaque port d’excitation dans les plans phi 0° et phi 90° comme illustrés sur la Figure 3.42. Les résultats montrent une commutation du faisceau dans les deux plans. Le gain maximal de 5dBi a été obtenu pour les deux états de cette configuration avec un angle de dépointage de 32°. Le niveau de la polarisation croisée (x-pol) dans les deux états reste relativement faible à -13dB en dessous de la polarisation principale (co-pol).

IV. 2. 3. 3 Interprétation

Dans cette étude, nous avons constaté que la position du second court-circuit est importante afin d’obtenir de bonnes performances pour la structure avec double faisceau. Le premier cas montre que la non-symétrie orthogonale des courts-circuits par rapport aux lignes microruban entraine deux courbes de paramètres de coefficients réflexion différentes avec un faible niveau du coefficient d’isolation entre les deux ports d’excitation. Cependant, dans le deuxième cas la position symétrie orthogonale des deux courts-circuits par rapport aux lignes d’alimentation permet d’avoir deux courbes de coefficients de réflexion identiques avec un niveau isolation 8dB un peu moins faible que le premier cas. Dans cette dernière configuration, l’angle de dépointage du diagramme de rayonnement d’environ 32° est devenu moins important dû à

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l’effet réflecteur créé par la présence du deuxième court-circuit. En résumé, nous pouvons constater que l’utilisation simultanée du couple (S1, S4) permet d’avoir un bon angle de dépointage avec des mauvais résultats concernant les paramètres S alors que le couple (S1, S3) offre une superposition parfaite des courbes de coefficients de réflexion mais des résultats des diagrammes de rayonnement peu satisfaisants.

Pour conclure, cette étude montre que la position du second court-circuit joue un rôle crucial dans les performances de l’antenne afin de combiner une bonne adaptation, amélioration de l’isolation, mais aussi un bon angle de dépointage. Pour améliorer ces résultats sur l’isolation entre les ports d’excitation et augmenter l’angle de dépointage du faisceau et le niveau du gain d’autres études ont été réalisées.