Polarisation de structures reconfigurables

2.5.1.1 Courts-circuits

La polarisation des courts-circuits est généralement la plus simple ; il s’agit d’un fil métallique reliant un élément rayonnant au plan de masse au dessus duquel celui-ci est situé. La technique employée au cours de la thèse consiste à opérer un trou dans le plan de masse, de faire passer le fil du court-circuit au travers de celui-ci, puis de le connecter au composant reconfigurable situé derrière le plan de masse (Fig. 2.21).

Fig. 2.21 : Polarisation d’un court-circuit reconfigurable sous le plan de masse (vue en coupe)

diélélectrique

Composant actif Elément radiatif (patch)

Méthodologie de conception d’antennes reconfigurables

plan de masse [109]. Cela permet de ne pas se soucier de la géométrie exacte du composant ou de son circuit de monture. Cela est d’autant plus vrai que le plan de masse est grand ; en outre un plan de masse de taille importante permet de s’affranchir en partie des problèmes de couplage en mode commun sur les câbles d’alimentation de l’antenne, que ce soit le câble coaxial pour la RF ou les simples fils de cuivre acheminant le courant continu.

Cependant, l’impact des circuits de monture des composants n’est pas totalement négligeable ; dans la mesure où du courant parcourt le court-circuit, celui-ci peut, à certaines fréquences, rayonner, et du champ proche peut venir se coupler dans les différentes lignes des circuits de monture des composants, d’autant plus que la taille du plan de masse de l’antenne est réduite. Il est par conséquent nécessaire, en dernière étape de la conception de l’antenne, de simuler les montures de ces composants situés derrière le plan de masse, afin de vérifier leur impact limité sur le comportement de l’antenne.

2.5.1.2 Fentes

Les fentes s’avèrent plus délicates à polariser dans la mesure où il faut appliquer une tension différente à chaque côté de la fente, pour alimenter par exemple une diode [110]. Cela implique d’ajouter d’autres fentes, non fonctionnelles (c’est-à-dire ne participant pas à la fonctionnalité de l’antenne), qui permettent de bloquer le passage d’un courant continu.

Fig. 2.22 : Polarisation d’une fente (vue de dessus) chargée par une diode

Cependant, ces fentes additionnelles coupent bien souvent des lignes de courant RF ; afin de ne pas trop les perturber, il peut être nécessaire d’utiliser des capacités de découplage qui bloquent les signaux continus tout en permettant le passage du courant RF. Ces composants seront détaillés dans la partie suivante.

Chapitre 2

2.5.1.3 Lignes de polarisation et problèmes associés

De manière générale, l’utilisation de lignes de polarisation est souvent requise; il s’agit de lignes métalliques ne participant pas a priori au comportement de l’antenne et dont l’unique utilité est de permettre l’acheminement de la tension de consigne des composants actifs. Cependant, ces lignes deviennent dans le domaine RF des lignes de propagation dans lesquelles peut venir se coupler une partie du signal utile, perturbant ainsi le comportement de l’antenne. Comment limiter, voire annuler, l’impact de ces lignes ?

De manière évidente, il faut commencer par en limiter le nombre le plus possible. Il peut être judicieux de polariser le port d’alimentation de l’antenne ; on obtient ainsi une différence de potentiel continue entre l’âme et la gaine du port coaxial. Par ailleurs, il faut s’intéresser au nombre exact de potentiels continus nécessaires au fonctionnement de l’antenne, et mutualiser autant que possible les lignes entre les différents composants actifs : deux diodes ne nécessitent par exemple que trois potentiels différents pour fonctionner indépendamment l’une de l’autre.

Ensuite, il faut limiter au maximum le couplage de signaux RF dans ces lignes. La première solution est de diminuer la largeur des pistes autant que technologiquement possible, afin d’augmenter leur impédance ; une impédance très élevée aura pour effet de réfléchir les signaux RF. Cependant, cette réduction de taille a une limite : une ligne de section trop petite risque de poser des problèmes thermiques. Que ce soit lors de la soudure des composants ou du passage d’un courant d’alimentation d’intensité trop élevé, la ligne ainsi réduite peut fondre. Lors de la thèse la largeur des lignes utilisées est de 200 à 300 µm (pour une épaisseur de cuivre de 35 µm). Par ailleurs, toujours pour limiter le couplage, il est utile de tenter de connecter les lignes orthogonalement aux lignes de courant de l’antenne (dans les zones auxquelles elles sont reliées). Bien sûr, il est aussi préférable de placer les lignes dans des zones de courants faibles, et aussi éloignées que possibles des éléments rayonnant de l’antenne ; cependant, cela a pour effet direct d’augmenter la taille totale de l’antenne.

Malgré ces précautions, il est souvent nécessaire d’utiliser des inductances de découplage, qui bloquent les signaux RF tout en autorisant le passage du courant continu. Suivant l’isolation de ces dernières, il peut être nécessaire d’en placer plusieurs le long d’une ligne ; de plus, même si l’isolation est satisfaisante, et particulièrement lorsque l’antenne fonctionne sur une bande de fréquences large, la ligne peut devenir un circuit résonant entre

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entre deux inductances soit inférieure à la demi-longueur d’onde de la fréquence la plus élevée de la bande de travail.