Dans ce travail, une double antenne à résonateur diélectrique à fente de crête (RGDRA) est mise en œuvre pour des applications de commutation de faisceau à 5G basées sur des surfaces sélectives en fréquence. Cette structure se compose de deux sections. La première section est une source de rayonnement DRA alimentée par une ligne PRGW pour résonner en bande Ka. La deuxième partie est constituée de deux couches de FSS avec des cellules unitaires 3×3, montées entre les deux RGDRA pour commuter le rayonnement de pointe du faisceau et améliorer le gain. La procédure de conception est résumée et décrite comme suit.
5.2.1. Antenne à résonateur diélectrique à fente de crête (RGDRA)
La figure 5.1 illustre la disposition du guide d'ondes à fente de crête microbande pour alimenter le DRA cylindrique et ses dimensions. Cette technologie consiste en trois couches de substrat empilées les unes sur les autres et est présentée comme un moyen de guidage à faible perte pour les circuits à haute fréquence [41]. Dans la première couche, un lit périodique de vias en forme de champignon est planté sur un RO3003 de 0,762 mm d'épaisseur avec εr=3. Une ligne microbande à la surface de ce substrat est reliée au plan de masse par les trous de passage. Le motif périodique des vias en champignon dans le substrat des deux côtés de la ligne microruban crée une structure de bande interdite électromagnétique (EBG) coopérant avec l'entrefer placé sur le dessus de celle-ci avec une épaisseur inférieure à un quart de la longueur d'onde avec la plaque métallique supérieure. Ainsi, les ondes EM se propagent simplement le long de la ligne de crête
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et sont inhibées au-dessus de la structure EBG. Le motif circulaire du champignon est conçue selon [64]
pour avoir une bande interdite qui couvre la bande Ka (26,5-40 GHz). Elle est réalisée par un diamètre de 1,5 mm, mise à la terre par une broche de 0,762 mm de hauteur et de 0,375 mm de diamètre, et la périodicité correspond à 1,7 mm. La deuxième couche est un substrat RT/duroïde 5880 avec εr=2,2 et 0,508 mm d'épaisseur, qui est utilisé comme espaceur pour maintenir un espace d'air constant sur le dessus des cellules de champignon avec la plaque métallique supérieure. Une ligne de transition de 50 Ω-Microstrip est située au bas de la deuxième couche pour transférer la puissance d'entrée vers la ligne de transmission. Il convient de mentionner que la ligne 50 Ω- Microstrip n'est utilisée qu'à des fins de mesure. La troisième couche est un substrat RO3003 d'une épaisseur de 0,254 mm. Sur cette couche, une fente de couplage rectangulaire est gravée sur sa face inférieure avec une longueur de 2,625 mm et une largeur de 0,4 mm pour coupler l'énergie dans le DRA. La face supérieure de cette couche n'a pas de revêtement conducteur. La fente agit comme une source quasi-TM et est utilisée pour alimenter le DRA. Le DRA utilisé ici à une forme cylindrique de 1,53 mm de rayon et une hauteur de 2,921 mm et est fabriqué en Rogers RT/duroid 6010 avec une permittivité de 10,2. En fait, des paramètres tels que la longueur et la largeur de l'ouverture de couplage et les caractéristiques du DRA (dimension, constante diélectrique et forme), sont des paramètres clés pour contrôler la fréquence de résonance. La performance de l'antenne proposée est optimisée dans la bande Ka et fournit une direction de faisceau principal à 0° et un gain réalisé de 5,36 dBi à 28 GHz.
(a) (b)
Fig. 5.1 : Configuration du RGDRA (a) Sous la fente et (b) Vue de côté.
5.2.2. Unité-cellule FSS
Pour concevoir une surface périodique utilisée pour la commutation des faisceaux d'antenne dans la bande Ka, nous devons concevoir une structure de FSS qui, tout d'abord, fonctionne dans son mode de réflexion lorsqu'une onde incidente excite spatialement l'élément et qui a une conception simple. La FSS en boucle
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est une structure indépendante de la polarisation, supportant les polarisations horizontale, verticale et circulaire. D'autre part, parmi le groupe d'éléments de type boucle des structures FSS, la boucle carrée est l'élément le plus approprié à traiter car d'autres éléments, en particulier la boucle circulaire, nécessiteront une fabrication plus précise [65]. De plus, dans ce chapitre, nous avons utilisé des formes de boucles carrées pour concevoir la cellule unitaire FSS souhaitée, comme le montrent les figures 5.2(a) et (b). Dans cette structure, puisque pour la déviation du faisceau, le FSS doit être opaque à la fréquence de fonctionnement de l'antenne (28 GHz), une bande mince parfaitement conductrice est placée à l'endroit où le champ électrique est maximal dans la pièce carrée à fentes de la plaque supérieure pour supprimer l'effet capacitif entre les conducteurs pertinents. Ainsi, la capacité est annulée en court- circuitant les conducteurs adjacents à l'aide d'une bande de 0,5 mm × 0,2 mm dans la direction y, comme le montre la figure 5.2(a). Les minces bandes conductrices sont appelées "annuleur de polarisation" car elles annulent la composante de polarisation verticale du champ électrique incident en supprimant la capacité entre les conducteurs verticaux [65]. Par conséquent, la boucle à fentes carrées classique sur la plaque supérieure de la cellule unitaire proposée pour le FSS est modifiée pour résonner uniquement pour les ondes entrantes polarisées horizontalement et rejeter les ondes polarisées verticalement. La figure 5.2(c) illustre les paramètres de diffusion qui montrent le comportement de réflexion dans la bande Ka. L’unité-cellule FSS imprimée sur les deux faces, est composée d’un patch carré en forme de C fendu sur la couche supérieure et d’une bande carrée sur la face inférieure du substrat Rogers 4003C avec εr = 3,38, tangente de perte δ = 0,0027, et l’épaisseur de h=0,508 mm. Pour extraire les paramètres de la FSS, les conditions limites PMC et PEC sont assignées dans les plans xoy et xoz, respectivement. De plus, deux ports sont situés sur les plans yoz.
(a) (b) (c)
Fig. 5.2 : (a) Vue de dessus, (b) vue de dessous, et (c) simulation des paramètres S de la cellule unitaire du FSS (les dimensions sont en mm).
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