Mesure sans référence

Les mesures traditionnelles de rendement d’antennes en CRBM [48, 49, 50] comme celle décrite ci-dessus sont réalisées en transmission et nécessitent donc une antenne fixe excitant les modes. Voici alors quelques méthodes originales qui se passent d’antenne fixe et d’antenne de

référence.

1.9.3.1 Mesure en réflexion

Hallbjörner a proposé une technique de mesure d’efficacité basée uniquement sur la mesure du paramètre S en réflexion de l’antenne en CRBM [51]. Dans ce cas, les modes sont donc excités par l’AST elle-même. Un deuxième avantage est la possibilité de calculer les pertes par espace libre de l’AST. Il est cependant nécessaire de disposer d’une antenne de référence afin d’étalonner la CRBM auparavant. La ligne directrice de mesure reste cependant la même :

– Exciter différents modes dans la CRBM

– Exercer un brassage efficace de la puissance afin d’obtenir des amplitudes de signaux suivant une distribution exponentielle.

– Calculer la puissance moyenne des signaux reçus pour déterminer l’efficacité de rayonne- ment de l’AST.

La démarche présentée par [51] est la suivante :

– Tout d’abord, l’AST est caractérisée par un coefficient de réflexion en espace libre Γ. La quantité de puissance acceptée par l’AST ηref lecest donc par conservation de l’énergie (cf

Fig. 1.12) :

ηref lec= 1− |Γ|2 (1.58)

Figure1.12 – Bilan de puissance de la mesure en espace libre

– De cette puissance acceptée, seulement une partie sera rayonnée. Le ratio d’énergie rayon- née comparée à celle acceptée peut être représenté par la quantité de puissance perdue

ηpertes. Cette quantité est donc l’efficacité de l’AST à déterminer.

– La quantité de puissance libérée dans la chambre est alors le produit de ηpertespar ηref lec.

– Une partie de cette puissance ηcrbm est alors réfléchie sur l’AST (cf Fig. 1.13)

– Réciproquement, la puissance réfléchie sur l’AST à l’intérieur de la CRBM est le produit

ηpertesηref lec (cf Fig. 1.13)

Une série de mesure de z complexes est enregistrée au cours du brassage. Le brasseur étant en rotation, la grandeur ηcrbmvarie alors que ηperteset ηref lecrestent constantes. Chaque échantillon

étant la somme du coefficient de réflexion Γ et du signal libéré dans la chambre et réfléchi sur l’AST, les variations de z sont celles de ηcrbm.

1.9. Mesures de rendement d’antennes en chambre réverbérante 33

Figure 1.13 – Bilan de puissance de la mesure en CRBM

leur moyenne est nulle, et Γ peut alors être calculée comme suit avec N le nombre d’échantillons :

Γ = ¯z = 1 N N  k=1 z(k) (1.59)

Cette équation est vraie si le brassage dans la chambre est efficace. En effet, Γ calculée comme ci dessus sera incorrect si une partie du signal reçu par l’AST est indépendante de la position du brasseur ou si la distribution des signaux dans la CRBM n’est plus uniforme. Il faut alors soustraire chaque échantillons z(k) à Γ pour obtenir une nouvelle série de mesure de moyenne nulle contenant seulement les signaux de la chambre. C’est alors la moyenne de cette série qui est proportionnelle à l’efficacité de l’AST. Avec 1.58 et 1.59, on a :

ηref lec= 1− |¯z|2 (1.60)

En moyennant la puissance p de cette série de moyenne nulle comme suit 1.61, on obtient une valeur pouvant aussi s’exprimer par 1.62

¯ p = 1 N N  k=1 |z(k) − ¯z|2 (1.61) ¯

p = η_{ref lec}2 η2_pertesη¯crbm (1.62)

ou ηcrbm est moyennée sur tous les échantillons. Grâce aux équations 1.61 et 1.62, une perte

L est définie comme suit :

L =−10log ⎛ ⎝ 1 1− |¯z|2    1 N N  k=1 |z(k) − ¯z|2 ⎞ ⎠(dB) (1.63)

Cette valeur est proportionnelle à ηpertes et à la racine carrée de la moyenne de ηcrbm. C’est

cette valeur L qui traduit l’efficacité de l’AST.

[51] applique cette méthode pour six types d’antennes différents. Les résultats en termes de pertes sont comparées à celles mesurées en espace libre et à celles obtenues par mesure Wheeler Cap [20] et par intégration du diagramme de rayonnement espace libre. Les résultats valident la méthode.

Comparée à la mesure classique en transmission, cette méthode a l’avantage de ne nécessiter qu’une seule antenne. Il faut néanmoins connaître la valeur ηcrbm, ce qui nécessite une mesure

préalable avec une antenne connue qui sert de mesure d’étalonnage de la CRBM. Elle offre de plus la possibilité de déduire le coefficient de réflexion en espace libre de l’AST à condition de récolter ses valeurs complexes.

Un défaut est le manque de précision sur les pertes dans certaines conditions. C’est le cas si les pertes sont très faibles ou au contraire excèdent l’efficacité du brassage.

1.9.3.2 Mesure en réflexion basée sur le principe de Wheeler

La méthode proposée par [52] s’effectue en CRBM, sans antenne de référence (en réflexion), en s’appuyant majoritairement sur les travaux de Wheeler [20] et de [28, 50]. La CRBM est ici utilisée comme une cavité équipée d’un brasseur en deça de sa fréquence "LUF" de fonctionne- ment. Les motivations pour le développement de la méthode sont les suivantes :

– Méthode valable sur une large bande de fréquence. – Ne requiert aucune antenne de référence.

– Ne requiert aucune construction de structures additionnelles pour des fréquences particu- lières.

– Simple de mise en oeuvre et robuste face à de petites variations d’utilisation.

La technique mise au point est similaire à celle de Wheeler dans le protocole de mesure mais on utilise ici un tour complet du brasseur de la CRBM à une fréquence donnée. Le but de ce tour complet est de trouver un cas (une position de brasseur) dans lequel la distribution de courant sur l’AST est la moins perturbée par les signaux réfléchis des murs de la chambre.

La mesure s’appuie sur [20] qui décompose la résistance d’entrée de l’AST en résistance de rayonnement et en pertes ohmiques. Dans la mesure Wheeler Cap, la résistance de rayonnement est court-circuitée par la cavité et l’efficacité de rayonnement est obtenue par :

ηray=

Rel− Rcav

Rel ∗ 100%

(1.64) avec Rel et Rcav les résistances d’entrée de l’AST en espace libre et à l’intérieur de la cavité

respectivement.

Deux problèmes émergent en appliquant le principe de Wheeler dans une CRBM.

Premièrement, il existe des pertes sur les surfaces conductrices de la chambre. Quelques pertes ohmiques peuvent cependant être minimisées quand les résonances de la chambre sont évitées [28]. En effet, l’environnement modal de la chambre peut être changé grâce au brasseur et ce sur une large bande de fréquence.

Le deuxième problème vient des réflexions multiples entre les murs de la chambre et l’AST. De ce fait, la puissance réfléchie sur l’AST augmente, ce qui fausse le bilan de puissance et entraine une réduction de l’efficacité déduite [29]. Pour minimiser l’influence de ces multiples réflexions, la valeur maximale des évaluations d’efficacité est récoltée pour tous les cas modaux possibles (i.e. pour toutes les positions de brasseur). En procédant ainsi, on se place dans les conditions

1.9. Mesures de rendement d’antennes en chambre réverbérante 35

idéales du cas de Wheeler.

Cette méthode peut se résumer simplement comme suit :

– Observation des efficacités déduites selon de formalisme de Wheeler pour toutes les posi- tions de brasseur (un tour complet) à une fréquence donnée.

– Détermination du maximum de ces efficacités.

– Réitération des deux points précédents pour toutes les fréquences de la bande à mesurer. Cette méthode semble a priori bien fonctionner pour l’exemple donné dans la publication. Une difficulté est d’être en dehors des fréquences de résonances de la CRBM à la fréquence considérée. Cette contrainte est d’autant plus difficile à tenir lorsque la fréquence de travail augmente car le nombre de modes résonants pour une taille de cavité fixe augmente rapidement.