Performances en rayonnement du dispositif reconfigurable

Un système de mesure CATR (Compact Antenna Test Range) allant de 8 GHz à 110 GHz, présenté sur la Figure 104 (a), a été utilisé pour évaluer les performances en rayonnement de l'antenne proposée. L'antenne sous test (AUT) est représentée sur la Figure 104 (b) et comme mentionné précédemment, elle est montée sur une transition de type SMP vers K. Comme montré sur la Figure 104 (a), le diagramme de rayonnement de l'antenne est mesuré lorsque celle-ci est en réception.

Figure 104 : (a) Base compacte millimétrique pour les mesures de (b) l’antenne fabriquée (AUT).

Nous allons détailler dans la prochaine sous-section les résultats de mesure pour la configuration 1 correspondant à la polarisation circulaire gauche et pour la configuration 4 qui correspond à la polarisation linéaire dont la fréquence de fonctionnement est centrée sur les

fréquences des polarisations circulaires gauche et droite. La configuration 2 correspondant à la polarisation circulaire droite ne sera pas détaillée puisque, du fait de la symétrie de la structure (parfaite en simulation et quasi-parfaite en pratique), les résultats de mesure sont très proches de la configuration 1 en termes de gain, d’efficacité et de TE. Les performances mesurées de l’antenne dans la configuration 2 seront néanmoins données dans le Tableau III-4 qui résume les différentes performances de l’antenne dans ses différents états.

 Performances de l’antenne en polarisation circulaire gauche (Configuration 1) Le diagramme de rayonnement 3D mesuré est représenté à 29,5 GHz, fréquence où le TE est minimal (Figure 105). Un rayonnement de type patch est obtenu avec un gain réalisé de 6,4 dBic dans l’axe. Pour détailler ces résultats de mesure, la Figure 106 montre les gains mesurés et simulés pour les polarisations gauche et droite sur les plans φ = 0° et φ = 90° à 29,5 GHz.

Figure 105 : Diagramme de rayonnement en gain de l’antenne mesurée à 29,5 GHz pour la configuration 1 (LHCP).

Figure 106 : Gains mesurés et simulés pour les polarisations circulaires gauches et droites pour la configuration 1 (LHCP) à 29,5 GHz.

Il est constaté que dans cette configuration, la différence de niveaux entre le gain RHCP et le gain LHCP est de plus de 20 dB pour un angle thêta compris entre -25° et 25°. Cela indique de bonnes performances en polarisation circulaire dans cette configuration avec un bon accord entre la mesure et la simulation.

Le taux d’ellipticité mesuré pour différents plans φ à 29,5 GHz est représenté sur la Figure 107. Un TE inférieur à 3 dB est obtenu sur une plage angulaire thêta allant de -25° à 25° pour le pire des cas (φ = 90°). Cette perturbation du TE dans le plan φ = 90° s’explique essentiellement par la présence du connecteur et de l’adaptateur dans ce plan, ce qui a été vérifié en réalisant une rétro-simulation.

Figure 107 : Taux d’ellipticité mesuré de l’antenne proposée pour différents plans φ à 29,5 GHz.

Le taux d’ellipticité dans l’axe principal (φ = 0°, θ = 0°) est tracé en fonction de la fréquence (Figure 108) et montre un TE inférieur à 3 dB sur une bande de 400 MHz autour de 29,5 GHz, correspondant à 1,7 % de bande passante.

Figure 108 : Taux d’ellipticité mesuré et simulé de l’antenne proposée dans l’axe principal (φ=0°, θ=0°).

La directivité, le gain réalisé et l'efficacité totale en fonction de la fréquence ont été mesurés pour les différentes configurations. Sur la Figure 109 et la Figure 110 sont tracés respectivement le gain réalisé et l’efficacité totale pour la configuration 1. Le gain réalisé

mesuré atteint 6,4 dBic à 29,5 GHz contre 7,2 dBic en simulation et l’efficacité totale obtenue en mesure est de l’ordre de 75 % à la même fréquence alors qu’elle est 83 % en simulation. Ces différences peuvent s’expliquer par des pertes associées d’une part à l’excitation du dispositif et d’autre part au GeTe. En effet, le placement du connecteur de type SMP [227] et la qualité de la soudure de son âme centrale avec la ligne d’excitation introduit des pertes supplémentaires. Pour sa part, les propriétés diélectriques du GeTe cristallin (avec une conductivité plus faible que l’or) qui ont été intégrées dans la simulation sont celles qui ont été obtenues à partir des mesures de résistivité en DC sur RO40003C (substrat à forte rugosité). Elles pourraient différer avec la montée en fréquence (bande millimétrique), ce qui augmenterait les pertes du dispositif mesuré.

Figure 109 : Résultats de simulation et de mesure du gain réalisé maximum pour la polarisation circulaire (configuration 1).

Figure 110 : Mesure et simulation de l’efficacité totale de l’antenne en polarisation circulaire (configuration 1).

Ainsi lorsque l’antenne est dans la configuration LHCP, de bonnes performances sont obtenues puisqu’un un bon taux d’ellipticité est obtenu dans la bande d’adaptation de l’antenne

et sur une plage angulaire allant de -25° à 25° dans le pire des cas. La configuration 2 de l'antenne qui présente une polarisation circulaire droite (RHCP) montre des résultats équivalents en raison de la symétrie du dispositif. Ses performances ne sont donc pas présentées ici mais elles sont recensées dans le Tableau III-4.

 Performances de l’antenne en polarisation linéaire (Configuration 4)

Le diagramme de rayonnement 3D mesuré est représenté à 29,5 GHz, fréquence où le |S11| est minimal (Figure 111). Un rayonnement de type patch est obtenu avec un gain réalisé de 8,3 dBi dans l’axe. Pour détailler ces résultats de mesure, la Figure 112 montre le gain en fonction de l’angle θ dans les plans φ = 0° et φ = 90° à 29,5 GHz. La différence de niveau entre la polarisation croisée (X-pol) et la polarisation principale (Co-pol) est de plus de 20 dB sur une plage angulaire θ allant de -40° à 40°. Une bonne polarisation linéaire est donc obtenue dans cet état à 29,5 GHz, soit sur la même fréquence que celle correspondant aux deux autres configurations, LHCP et RHCP.

Figure 111 : Diagramme de rayonnement mesuré en gain de l’antenne proposée à 29,5 GHz pour la configuration 4 (LP).

Sur la Figure 113 et la Figure 114 sont tracés respectivement le gain réalisé et l’efficacité totale pour la configuration 4. Le gain réalisé mesuré atteint 7,7 dBi à 29,5 GHz et l’efficacité totale est de l’ordre de 67 % à la même fréquence. La diminution de l’efficacité dans cette configuration peut s’expliquer par la présence d’une quantité plus élevée de GeTe cristallin (quatre coins du patch) sur la structure par rapport à la configuration 1 (avec 2 coins), qui se traduit par une augmentation des pertes dans le dispositif.

Figure 113 : Résultats de simulation et de mesure du gain réalisé maximum pour la polarisation linaire (configuration 4).

Figure 114: Résultats de mesure et simulation de l’efficacité totale de l’antenne en polarisation linaire (configuration 4).

III.3.3. Résumé des performances de l’antenne reconfigurable en polarisation dans ses