Structure entière

L’étape suivante est de placer les deux monopôles initiaux sur les deux sorties du diviseur. Mais comme dans ce cas les deux éléments vont être alimentés par un seul port équivalent (le port n°1 qui est l’entrée du diviseur), nous avons introduit au milieu un autre accès qui va d’ailleurs avoir le rôle du deuxième élément rayonnant pour conserver un système à deux ports. Ce deuxième accès n°2 est constitué d’un monopôle de longueur 80 mm, après optimisation pour résonner autour de 800 MHz (Figure IV.7).

Chapitre IV : Neutralisation du couplage entre antennes très proches

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Figure IV. 7 : Système obtenu à deux accès

Résultats de simulation

Nous avons simulé les paramètres S de cette structure et la figure suivante montre les résultats obtenus :

Figure IV. 8 : Paramètres S simulés de la structure

Les résultats de la Figure IV.8 montrent que les deux antennes (les deux accès 1 et 2) travaillent toujours autour de la même bande visée donc autour de 700-900 MHz mais le plus intéressant c’est que nous pouvons voir un creux d’isolation remarquable proche de la fréquence centrale de 800 MHz à la fréquence 700 MHz. Cependant, ce creux d’isolation qui n’est pas tout à fait au milieu de la bande comme souhaité, peut être ajusté grâce à une optimisation du déphasage par la longueur de ligne afin de bien le centrer à 800 MHz.

Nous avons effectué une variation au niveau du déphasage en modifiant la longueur de la ligne de déphasage. Nous avons fait varier la longueur « l » (Figure IV.7 précédente) de 18 à 25 mm. Les résultats indiqués sur la figure IV.9 montrent bien que nous pouvons décaler le creux d’isolation vers la fréquence qui nous intéresse.

Chapitre IV : Neutralisation du couplage entre antennes très proches

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Figure IV. 9 : Position du creux de transmission selon la longueur de la ligne de déphasage

Nous avons en même temps vérifié si l’adaptation n’est pas dégradée en faisant ce décalage de la courbe de S12 et nous avons tracé les quatre paramètres pour deux cas choisis de « l » = 19 mm (en rose)

et de « l » = 21 mm (en rouge) (Figure IV.10 suivante).

Ainsi dans les deux cas, la bande est couverte pour les deux accès, et selon le choix de la longueur « l », nous pouvons mieux centrer le creux. Pour le cas de « l » =19mm il est mieux centré à 800 MHz avec un niveau de -40 dB. Dans le cas de « l » = 21 mm l’isolation peut atteindre les -50 dB au minimum mais vers 777 GHz au lieu de 800 MHz.

(a) (b)

Figure IV. 10 : Paramètres S pour les deux cas (a) « l » = 19mm /(b) « l » = 21mm

Ainsi, grâce à cette introduction de déphasage entre éléments rayonnants à espacement réduit, conçus pour la bande LTE 700-900 MHz, nous avons pu améliorer l’isolation de -6 dB à -50 dB en introduisant un circuit de déphasage qui contient un diviseur de puissance et un déphaseur entre les accès de la structure symétrique, de manière à obtenir simultanément des amplitudes égales mais des phases opposées sur les éléments périphériques. Les courants ainsi créés par couplage sur l'élément central s'annulent mutuellement, entraînant un couplage très faible.

Chapitre IV : Neutralisation du couplage entre antennes très proches

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Validation expérimentale

L'approche proposée a été validée expérimentalement (Figure IV.11). Nous avons commencé par regrouper les deux monopôles et les alimenter avec un seul port. Afin d'obtenir une répartition égale de la puissance entre les deux éléments, nous avons utilisé un diviseur de puissance 3dB (Wilkinson) imprimé sur le substrat. Comme le montre la Figure IV.11, la sortie droite du diviseur a été reliée à une ligne de transmission utilisée pour ajouter le déphasage souhaité de 180° à la fréquence centrale de 0,8 GHz.

Les deux monopôles repliés étant désormais alimentés par un seul port, un troisième et nouvel élément est inséré au milieu de la structure. Il est alimenté par un second port et optimisé pour rayonner dans la même bande de fréquence. Cet élément rayonnant est un monopôle simple droit qui permet de maintenir la symétrie axiale.

Le système à deux accès a été ensuite mesuré en utilisant l'analyseur de réseau ROHDE & SCHWARZ et les paramètres S de mesure sont présentés ci-dessous.

Figure IV. 11 : Prototype réalisé du système

Nous rappelons encore une fois que l’introduction du troisième élément au milieu (port n°2) a pour but de former un système à nouveau à deux accès étant donné les deux monopôles sont alimentés par un même port n°1. Les résultats de simulations et de mesures sont suffisamment similaires pour valider le fonctionnement de la méthode suivie. Ces mesures sont mentionnées sur la Figure IV.12.

Figure IV. 12 : Paramètres S mesurés

D’après ce résultat (Figure IV.12), les deux bandes sont couvertes avec un critère d’adaptation à –6 dB. Malgré un décalage en fréquence entre simulation et mesure mais nous retrouvons bien en mesure le creux d’isolation simulé précédemment ce qui valide cette méthode. Le niveau du creux de S21 en

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Rayonnement du système

Les Figures IV. 13 montre les diagrammes de rayonnement en gain réalisé des deux antennes à la fréquence 0,82 GHz. Les gains obtenus lors de l’excitation des deux accès n°1 et n°2 sont de 1,66 dB et 1,33 dB respectivement.

(a) (b)

Figure IV. 13 : Rayonnement 3D en gain à 0,82 GHz (a) Port °1 (b) Port n°2

Efficacité totale simulée

Figure IV. 14 : Efficacités totales des deux accès

D’après la figure IV.14, nous avons obtenu dans la bande visée, une efficacité totale élevée de plus de 98% pour le port n°1 c.-à-d. le port regroupant les deux monopôles en L. Une efficacité un peu plus faible mais qui reste suffisante en pouvant atteindre les 75 % est obtenue pour le port n°2 alimentant le monopôle droit.