La sensibilité de l’antenne vectorielle bibande est mesurée dans les mêmes plans E que ceux choisis en simulation à savoir φ = 30◦ à 1000MHz et φ = 0◦ à 1800MHz. L’esti-
mation des directions d’arrivée est réalisée pour quatre densités de puissance incidente Pr =
-100dBW.m−2, -105dBW.m−2, -110dBW.m−2et -115dBW.m−2correspondant respectivement à
RPB = 41dB.m−2, 36dB.m−2, 31dB.m−2et 26dB.m−2. Comme en simulation, le seuil de sensi-
bilité est fixée à 5◦RMS.
La figure IV.53a et la figure IV.53b donnent respectivement l’erreur RMS obtenue à 1000MHz et 1800MHz pour les quatre densité de puissance précédemment définies. La résolution angulaire pour cette analyse est réduite à ∆θ = 5◦.
Mesure des performances de l’antenne vectorielle UHF bibande 149
(a) ∆aRMSsimulée et mesurée dans le plan E à φ = 30◦à 1000MHz
(b) ∆aRMSsimulée et mesurée dans le plan E à φ = 0◦à 1800MHz
Figure IV.53 – ∆aRMS maximale simulée (ligne solide) et mesurée (ligne en pointillé) pour
RPB = 41dB.m−2, 36dB.m−2, 31dB.m−2et 26dB.m−2, N=100 and L=20
Dans les deux bandes de fréquences, on retrouve des résultats cohérents avec ceux obtenus en simulation. La précision d’estimation est perturbée dans les mêmes zones angulaires. Le tableau IV.12 donne les erreurs d’estimation RMS maximales pour chaque densité de puissance à 1000MHz et 1800MHz. La sensibilité mesurée est proche de -110dBW.m−2à 1000MHz et à
Pr RPB ∆aRMSmax à 1000MHz ∆aRMS max à 1800MHz
-100dBW.m−2 41dB.m−2 0.9◦ 1.1◦
-105dBW.m−2 36dB.m−2 1.8◦ 2.4◦
-110dBW.m−2 31dB.m−2 4◦ 5.8◦
-115dBW.m−2 26dB.m−2 8.6◦ 12.9◦
Table IV.12 – Récapitulatif des ∆aRMS(φ, θ) maximale dans le plan E pour φ = 30◦ à 1000MHz
et φ = 0◦ à 1800MHz en fonction de P r
5 Conclusion du chapitre
Dans ce chapitre, une nouvelle topologie d’antennes vectorielles de radiogoniométrie permet- tant d’estimer la direction d’arrivée d’ondes TMz dans l’ensemble du demi-espace 3D est pro-
posée. Elle est composée de seulement trois capteurs électriques et trois capteurs magnétiques, spatialement répartis, couvrant chacun deux bandes de fréquences. En plus de la couverture bi- bande, cette architecture d’antennes assure un faible couplage entre les capteurs électriques et magnétiques, permet d’améliorer la précision de mesure du champ électrique et d’augmenter la diversité de phase en sortie des capteurs pour améliorer l’estimation de θ.
Une antenne basée sur cette topologie a ensuite été étudiée et développée. La mesure du champ EM est effectuée par trois monopôles répliés et trois demi-boucles chargées. Ces capteurs sont dimensionnés pour couvrir les deux bandes de fréquences GSM [890MHz-960MHz] et [1710MHz-1880MHz]. L’antenne a un faible encombrement avec un diamètre de λ/4 et une hauteur λ/5.5 à 890MHz. La caractérisation des performances d’estimation de cette antenne, au travers de simulations EM, montre une amélioration de la précision d’estimation avec un gain de 7.5dB sur la sensibilité par rapport à l’antenne vectorielle monobande à trois éléments délo- calisés, étudiée dans le chapitre précédent. Par ailleurs, une analyse de la diversité de phase en sortie des capteurs électriques a permis d’identifier clairement la position des zones angulaires sensibles qui sont causées par la diminution des phases relatives entre capteurs.
Enfin, un prototype a été réalisé et mesuré en vue de valider expérimentalement les résultats obtenus. Des imprécisions dans la réalisation de l’antenne engendrent de légères différences entre simulation et mesure. Néanmoins, la précision d’estimation ainsi que la sensibilité mesu- rée sont cohérentes avec les résultats de simulation. Les performances d’estimation de l’antenne vectorielle UHF bibande, obtenues avec l’algorithme MUSIC, sont récapitulées dans le tableau IV.13.
Fréquence Psensipour ∆aRMS max = 5◦ RPB Portée théorique - (Pe,Ge)
925MHz -110dBW.m−2 31dB.m−2 126km - (2W,0dBi)
1795MHz -110dBW.m−2 31dB.m−2 89km - (1W,0dBi)
Table IV.13 – Tableau récapitulatif des performances mesurées de l’antenne vectorielle UFH bibande
Conclusion du chapitre 151
Cette étude a ainsi permis de proposer, pour la première fois, une antenne vectorielle de ra- diogoniométrie 3D UHF bibande, compacte et performante. Les bonnes performances d’esti- mation obtenues au cours de ces travaux démontrent la faisabilité d’un tel système antennaire. Maintenant, que nous disposons d’une topologie d’antennes performante, nous allons adresser l’extension de la couverture fréquentielle à un plus grand nombre de bandes.
Chapitre V
Extension de la couverture fréquentielle au
multibande
Après avoir démontré la faisabilité d’une antenne vectorielle de radiogoniométrie 3D UHF bi- bande, compacte et performante, nous allons maintenant adresser l’extension de la couverture fréquentielle. Le but est de montrer la capacité de cette topologie d’antennes à s’adapter aux applications multibandes. Pour ce faire, une troisième bande de fréquences est ajoutée aux cap- teurs bibandes précédemment étudiés.
Dans ce chapitre, une topologie d’antennes vectorielles tribandes est donc proposée. De nouveaux capteurs électriques et magnétiques couvrant la bande de fréquences [400MHz- 430MHz], incluant certaines fréquences ARGOS et les fréquences COSPAS-SARSAT, sont étudiés, développés et intégrés aux capteurs GSM existants. Après l’évaluation des caractéris- tiques de cette antenne, sa précisions d’estimation et sa sensibilité sont déterminées dans les trois bandes de fréquences au travers de simulations EM et à l’aide de l’algorithme MUSIC. Cette caractérisation permet non seulement d’obtenir les performances dans la nouvelle bande de fréquences mais aussi d’évaluer l’impact de ces nouveaux capteurs sur l’estimation dans les bandes GSM.
1 Topologie d’antennes vectorielles tribandes
Une topologie d’antennes vectorielles tribandes est proposée. Comme pour l’antenne bibande, seule une répartition planaire des éléments est autorisée pour réduire l’encombrement du sys- tème antennaire. L’approche proposée peut être étendue à un plus grand nombre de bandes.
1.1 Description de la topologie
Dans notre étude, nous souhaitons ajouter une troisième bande, appelée bande C, permettant la localisation de balises ARGOS et COSPAS-SARSAT (400MHz-430MHz). Une des solutions pour intégrer cette nouvelle bande de fréquences est de remplacer les capteurs bibandes par des capteurs tribandes. Cependant, la répartition spatiale des éléments doit être suffisamment large pour assurer une bonne précision d’estimation [45, 81, 82] mais aussi limitée pour éviter tout risque d’ambiguïtés. Par conséquent, si l’écart entre les bandes de fréquences est trop important, l’estimation doit être réalisée par l’intermédiaire de capteurs séparés pour conserver de bonnes performances d’estimation dans l’ensemble de la couverture fréquentielle.
La bande C étant séparée de deux octaves de la bande la plus haute (bande A), elle sera couverte par une nouvelle antenne composée de six capteurs monobandes, appelée antenne C, qui sera combinée à l’antenne bibande existante, appelée antenne AB (cf. figure V.1).
Figure V.1 – Topologie de l’antenne vectorielle tribande composée de six capteurs monobandes et de six capteurs bibandes.
L’antenne C est basée sur la même topologie offrant ainsi les même avantages que ceux définis précédemment à savoir : un faible couplage entre les capteurs électriques et magnétiques, une meilleure estimation de l’angle en site et une symétrie par rotation permettant de conserver des performances équivalente tous les 120◦en azimut.
L’antenne tribande est donc composée de six capteurs EN
z mesurant le champ électrique selon
l’axe z et de six capteurs HN
xymesurant le champ magnétique selon l’axe x et x, avec N étant l’in-
dice lié à la bande de fréquences (AB ou C). Les distances de séparation des capteurs électriques et magnétiques sont respectivement notés dN
E et d N H, avec d N H/d N E =0.5.
Développement des capteurs monobandes 155
1.2 Analyse du risque d’ambiguïtés
L’analyse du risque d’ambiguïtés de l’antenne C est identique à celle réalisée sur l’antenne AB. En effet, les hypothèses définies pour cette analyse ne prennent pas en compte les interactions entre capteurs. Ainsi, comme l’antenne est basée sur la même topologie, le vecteur de direction dutilisé pour l’analyse du risque d’ambiguïtés théorique de l’antenne C est identique à celui de l’antenne AB. Les distances maximales sont donc :
dAMBAB =0.57λminAB dCAMB =0.57λCmin (V.1)
avec dAB
AMB et dCAMB correspondant respectivement aux distances maximales de l’antenne AB et
C, et λAB
minet λCminétant respectivement la longueur d’onde minimale parmi les bandes A, B et la
bande C.
2 Développement des capteurs monobandes
De nouveaux capteurs couvrant la bande [400MHz-430MHz] doivent donc être combinés avec les capteurs bibandes GSM suivant la topologie définie en figure V.1 pour étendre la couverture fréquentielle. Pour les capteurs magnétiques, nous décidons de conserver le principe des demi- boucles à charges capacitives et à double accès en raison de leur faible taille et de leur large bande malgré la dégradation de l’efficacité. En revanche, pour les capteurs électriques, nous optons pour l’utilisation d’antennes PIFA (Planar Inverted-F Antenna) qui sont des antennes compactes tout en fournissant une large bande de fréquences. Comme pour les éléments haute fréquence, l’impédance d’entrée de ces nouveaux capteurs doit être de 50Ω.