Mesures dans un couloir

4.3.1.1 Objectif

La premi`ere campagne de mesure `a 60 GHz s’est d´eroul´ee dans un couloir (14 x 2 x 3m) (Figures 4.9/4.10). Le but de cette campagne est de mod´eliser les pertes de puissance en fonction de la distance `a 60 GHz, pour diff´erentes configurations dans un environnement indoor de type couloir. D’abord, nous avons analys´e l’influence du nombre de positions n´ecessaires pour pouvoir mod´eliser les pertes de puissance en fonction de la distance. Ensuite, nous nous sommes int´eress´es `a l’effet de fermeture d’une porte sur une liaison `a 60 GHz. Enfin, nous avons ´etudi´e l’influence de la

4.3. Canal statique `a 60 GHz 68

position du r´ecepteur et l’influence du type d’antenne sur les caract´eristiques des pertes de puissance.

Fig. 4.9. Environnement de mesure (plan du couloir)

Fig. 4.10. Environnement de mesure (pi`ece-couloir)

4.3.1.2 Sc´enario de mesures

En premier lieu, nous avons d´emarr´e les mesures avec 36 positions de mesures (en rouge dans la figure 4.9). Des antennes cornet de 22,5 dBi de gain et de 10,1^◦(E) -13,1^◦(H) d’ouverture sont utilis´ees `a l’´emission et `a la r´eception. Le r´ecepteur (Rx) ´etait d’abord fix´e dans une pi`ece en face du couloir, `a 4 m de la porte qui les s´epare (figure4.9). Les antennes ´etaient plac´ees `a 1,3 m du sol, point´ees pr´ecis´ement l’une vers l’autre `a l’aide d’un faisceau laser. L’´emetteur a ´et´e d´eplac´e suivant un tron¸con logarithmique sur un chariot, tout au long de l’axe du couloir en face du r´ecepteur, pour une distance Tx-Rx variant entre 2 et 18 m. Les distances Tx-Rx sont mesur´ees `

a l’aide d’un t´el´em`etre `a ultrasons et la puissance ´emise du VNA est de 8 dBm. En deuxi`eme lieu, les mesures ont ´et´e r´ep´et´ees avec la porte ferm´ee (figure 4.12), afin d’´etudier l’influence de celle-ci sur les signaux `a 60 GHz. Troisi`emement, le r´ecepteur a ´et´e d´eplac´e `a 1 m (figure 4.14) de la porte ouverte pour ´etudier l’influence de la position du r´ecepteur.

4.3.1.3 R´esultats de mesure et discussion

`

A partir de ces mesures, connaissant le gain des cornets utilis´es et la distance pr´ecise entre les antennes, la puissance ´emise par le VNA et les pertes dans les tˆetes RF (test back-to-back), il est alors possible de calculer les pertes de puissance. Les 401 valeurs du module du S₂₁ sont utilis´ees pour calculer la moyenne des pertes de puissance pour chaque position sur une bande de 2 GHz. La figure 4.11 repr´esente la variation des pertes de puissance en fonction de la distance Tx-Rx (´echelle loga-rithmique) en prenant soin d’´eliminer l’effet des gains des antennes. Afin d’´evaluer les pertes de puissance en fonction de la distance entre les antennes, le mod`ele log-distance est adopt´e.

(a) (b)

(c)

Fig. 4.11. Pertes de puissance en fonction de la distance Tx-Rx (comparaison entre mod`ele et mesures) pour 36 (a), 18 (b) et 9 (c) positions de mesure

Tableau 4.3 – Param`etres du mod`ele en fonction du nombre de positions Nombre de positions P L(d0)[dB] α σ [dB] ρ

36 71,23 1,69 0,62 0,99

18 71,22 1,69 0,68 0,99

12 71,18 1,68 0,68 0,99

9 71,85 1,60 0,60 0,99

4.3. Canal statique `a 60 GHz 70

lin´eaire. Nous avions choisi au d´ebut un nombre ´elev´e de positions (36). Puis, ce nombre de positions a ´et´e r´eduit en effectuant des divisions successives par 2, 3 et 4, afin de voir l’influence du nombre de positions sur les param`etres du mod`ele.

L’´ecart-type σ repr´esente l’erreur quadratique moyenne des diff´erences entre les valeurs mesur´ees et celles indiqu´ees par la loi lin´eaire. Le calcul de r´egression lin´eaire (Tableau4.3) montre que l’exposant α est inf´erieur `a 2 (cas de l’espace libre). Ceci, indique la pr´esence d’un effet d’onde guid´ee pour les diff´erents nombres de positions ´etudi´es, en raison de la propagation par trajets multiples, un coefficient de corr´elation de 0,99 et une erreur quadratique moyenne de 0,62 dB. Globalement, d’apr`es le Tableau 4.3, une ad´equation entre les r´esultats de mesure et le mod`ele est notable. L’exposant α varie l´eg`erement en passant `a 9 positions, on note aussi que l’´ ecart-type σ reste faible partout, et la corr´elation ρ est forte. Le choix de 12 positions de mesure paraˆıt un bon compromis entre pr´ecision, complexit´e et dur´ee de mesure.

I Influence de la fermeture d’une porte

Fig. 4.12. Rx `a 4 m de la porte ferm´ee

Fig. 4.13. Pertes de puissance en fonction de la distance, avant et apr`es la porte ferm´ee, pour Rx `a 4m

Les mesures ont ´et´e r´ep´et´ees mais, cette fois-ci, en fermant la porte s´eparant la pi`ece du couloir (figure4.12). Il y avait donc des positions de mesures avant la porte

ferm´ee et d’autres apr`es la porte. Dans les deux cas, les param`etres du mod`ele des pertes de puissance sont calcul´es et ils sont pr´esent´es dans le Tableau 4.4. Avant la porte ferm´ee, on trouve des r´esultats identiques aux mesures lorsque la porte ´etait ouverte (indiqu´es en vert sur la figure ). Apr`es la porte ferm´ee, on remarque une augmentation moyenne des pertes d’environ 9 dB (Figure 4.13). L’exposant α augmente l´eg`erement apr`es la fermeture de la porte, donc l’effet de guidage devient moins prononc´e. Une l´eg`ere variation de σ et ρ est aussi observ´ee.

Tableau 4.4 – Param`etres du mod`ele en fonction de la distance pour Rx `a 4 m avant et apr`es la porte ferm´ee

P L(d₀)[dB] α σ [dB] ρ

Porte ouverte 71,22 1,69 0,68 0,99

Avant la porte ferm´ee 71,60 1,59 0,47 0,95 Apr`es la porte ferm´ee 77,62 1,84 0,46 0,94

I Influence de la position du r´ecepteur

L’influence de la position du r´ecepteur a ´et´e ´etudi´ee en d´epla¸cant le r´ecepteur jusqu’`a 1 m de la porte ouverte, comme le montre la figure 4.14. Dans le Tableau 4.5, on compare les param`etres obtenus pour les 2 positions de Rx.

On remarque une l´eg`ere diff´erence du coefficient α avec une valeur constante de l’´ecart-type et du coefficient de corr´elation. Dans la pi`ece, l’effet du guidage diminue pour cela α augmente, tandis que dans le couloir l’effet du guidage augmente et pour cela, l’exposant diminue. Dans les 2 cas, on note une tr`es bonne corr´elation avec un faible ´ecart-type.

Fig. 4.14. Environnement de mesure pour Rx `a 1 m

I Influence de diff´erents types d’antennes

Afin d’analyser l’effet du type d’antenne sur les param`etres du mod`ele log-distance, nous avons mesur´e les pertes de puissance pour trois types d’antennes diff´erents suivant le sc´enario montr´e dans la figure4.14. Les r´esultats du Tableau4.6montrent

4.3. Canal statique `a 60 GHz 72 Tableau 4.5 – Param`etres du mod`ele en fonction de la distance pour Rx `a 4m et 1m de la porte.

P L(d0)[dB] α σ [dB] ρ

Rx `a 4m 71,22 1,69 0,68 0,99

Rx `a 1m 69,11 1,61 0,67 0,99

les param`etres du mod`ele des pertes de puissance pour les trois cas, en prenant soin d’´eliminer l’effet des gains des antennes. L’exposant α est inf´erieur `a 2 (cas de l’espace libre), ce qui indique la pr´esence d’un effet d’onde guid´ee dans les trois cas, dˆu `a des trajets multiples constructifs. Nous avions remarqu´e une diminution de α, jusqu’`a 1,64 lors de l’utilisation d’une grande ouverture d’antenne (Omni-Cornet 100<sup>◦</sup>), qui augmente l´eg`erement l’effet d’onde guid´ee en raison des r´eflexions multi-trajets dans le couloir. Cette observation est coh´erente avec les r´esultats des ´etudes pr´ec´edentes [44], [104], tandis que σ diminue lorsque l’ouverture de l’antenne est plus ´etroite. Cette remarque indique que le mod`ele des pertes de puissance a plus de pr´ecision en utilisant une antenne `a ouverture plus ´etroite. En effet, on note une variation tr`es proche de σ entre Cornet 13<sup>◦</sup>- Cornet 100<sup>◦</sup> et Omni 360<sup>◦</sup>- Cornet 13<sup>◦</sup>, en raison de la largeur limit´ee du faisceau. ρ repr´esente un coefficient de corr´elation ´elev´e entre les mesures et le mod`ele dans les trois cas. Ces r´esultats ont donn´e lieu `

a une communication nationale [118].

Tableau 4.6 – Param`etres du mod`ele des pertes de puissance pour diff´erents types d’antennes

Antenne Tx Antenne Rx P L(d₀)[dB] α σ [dB] ρ

Cornet 100^◦ Cornet 13^◦ 70 1,80 0,49 0,99

Cornet 13^◦ Omni 360^◦ 67,36 1,72 0,44 0,99

Cornet 100^◦ Omni 360^◦ 69,28 1,64 1,05 0,97